KR20190034216A - 광학 센서 및 광학적 검출용 검출기 - Google Patents

광학 센서 및 광학적 검출용 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 센서, 하나 이상의 대상물의 광 검출을 위한, 상기 광학 센서를 포함하는 검출기, 상기 광학 센서의 제조 방법 및 상기 광학 센서와 상기 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 스캐닝 시스템, 추적 시스템, 입체 시스템 및 카메라에 관한 것이다. 광학 센서 (110)는 하나 이상의 광 전도성 물질 (114)의 층 (112), 상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 접촉하는 2 개 이상의 개별 전기 접촉부 (136, 136'), 상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 상에 침착된 커버 층 (116)을 포함하며, 이때 상기 커버 층 (116)은 하나 이상의 금속-함유 화합물 (120)을 포함하는 비정질 층이다. 광학 센서 (110)는 습기 및/또는 산소에 의한 가능한 열화에 대해 고도의 보호를 제공함에도 불구하고 부피가 크지 않은 기밀 패키지로서 공급될 수 있다. 또한, 커버 층 (116)은 광 전도성 물질 (114)을 활성화시켜 광학 센서 (110)의 성능을 증가시킬 수 있다. 또한, 광학 센서 (110)는 회로 캐리어 장치 상에서 용이하게 제조되고 집적될 수 있다.

Description

광학 센서 및 광학적 검출용 검출기
본 발명은 특히 하나 이상의 대상물(object)의 깊이, 또는 깊이 및 폭 또는 둘다와 관련하여, 특히 하나 이상의 대상물의 위치를 결정하기 위한, 특히 하나 이상의 대상물의 투과율, 흡수율, 방출 및 반사율 중 적어도 하나에 대해, 특히 적외선 스펙트럼 범위 내의 특히 광학 방사선의 광학적 검출을 위한, 광학 센서, 및 이러한 광학 광학 센서를 포함하는 검출기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 스캐닝 시스템, 추적 시스템, 입체 시스템 및 카메라에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광학 센서의 제조 방법, 및 광학 센서 및 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 이러한 장치, 방법 및 용도는 예를 들어 일상 생활, 게임, 교통 기술, 공간 매핑(mapping), 생산 기술, 보안 기술, 의료 기술 또는 과학 분야의 다양한 영역에서 사용될 수 있다. 그러나 추가 적용례가 가능한다.
하나 이상의 대상물을 광학적으로 검출하기 위한 다양한 검출기가 광학 센서에 기초하여 공지되어 있다. WO 2012/110924 A1은 하나 이상의 광학 센서를 포함하는 검출기를 개시하고, 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 나타낸다. 여기서, 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 소위 "FiP 효과"에 따르면, 조명(illumination)의 동일한 총 파워가 주어지면, 센서 신호는 조명의 기하학적 구조, 특히 센서 영역상의 조명의 빔 단면에 의존한다. 또한, 검출기는, 센서 신호로부터 기하학적 하나 이상의 정보 항목, 특히 조명 및/또는 대상물에 관한 기하학적 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 지정된 하나 이상의 평가 장치를 갖는다.
WO 2014/097181 A1은 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서를 사용하여 하나 이상의 대상물의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시한다. 바람직하게는, 종방향 광학 센서의 스택은, 특히 모호성 없이 높은 정밀도로 대상물의 종방향 위치를 결정하기 위해 사용된다. 또한, WO 2014/097181 A1은 하나 이상의 대상물의 위치를 결정하기 위한 하나 이상의 이러한 검출기를 각각 포함하는 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라를 개시한다.
전체 내용이 본원에 참고로 인용된 2016 년 1 월 28 일자로 출원된 PCT 특허 출원 PCT/EP2016/051817는, 종방향 광학 센서로서 적합한 추가의 종류의 물질을 개시한다. 여기서, 종방향 광학 센서의 센서 영역은 광 전도성(photoconductive) 물질을 포함하며, 이때 광 전도성 물질의 전기 전도도는 조명의 동일한 총 파워가 주어지면, 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존한다. 따라서 종방향 센서 신호는 광 전도성 물질의 전기 전도도에 의존한다. 바람직하게는, 광 전도성 물질은 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 인듐 포스파이드(InP), 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 인듐 안티모나이드(InSb), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe; MCT), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe) 또는 구리 아연 주석 설파이드(CZTS)로부터 선택된다. 또한, 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능하다. 또한, 센서 영역을 갖는 횡방향 광학 센서가 개시되며, 이때 상기 센서 영역은 광 전도성 물질의 층, 바람직하게는 투명한 전도성 산화물의 두 층 사이에 매립된 광 전도성 물질의 층, 및 2 개 이상의 전극을 포함한다. 바람직하게는, 상기 전극들 중 하나 이상은, 2 개 이상의 부분 전극을 갖는 분할(split) 전극이고, 이때 상기 부분 전극에 의해 제공된 횡방향 센서 신호는 센서 영역 내의 입사광 빔의 x- 및/또는 y- 위치를 나타낸다.
문헌[M Leskela, L Niinisto, P Niemela, E Nykanen, P Soininen, M Tiitta and J Vahakangas, Prepar-ation of lead sulfide thin films by the atomic layer epitaxy process]은 원자 층 침착(ALD)에 의해 다른 기판상의 납 설파이드 박막의 제조를 연구했다. 황 소스(source)는 모든 실험에서 H2S이었지만, 납 소스로서 다음 화합물이 시험되었다: 브롬화물, 요오드화물 및 아세테이트뿐만 아니라 thd(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온) 및 디에틸디티오카바메이트 킬레이트. 마지막 복합체가 가장 높은 성장 속도를 제공하였다. 성장 실험은 300-350℃에서 수행되었으며 막 두께는 0.1 내지 1μm 사이에서 다양했다. 결과는, 필름이 다결정질이며 무작위로 배향되었음을 보여 주었다. 전도성은 p-타입이었고, 캐리어 농도 및 이동도는 전통적인 화학적 방법에 의해 침착된 막에서 발견된 것과 유사했다.
문헌[N.P. Dasgupta, S.P. Walch and F.B. Prinz, Fabrication and characterization of lead sulfide thin films by atomic layer deposition, ECS Transactions 16 (4), p. 29-36, 2008]은 ALD에 의한 납 설파이드(PbS) 박막 침착 연구를 제공한다. PbS 막은 165-175℃의 전구체 승화 온도에서 Pb(tmhd)2 및 H2S 전구체로부터 침착되었다. 막 성장 속도는, 이전에 발표된 값보다 높은 0.13 내지 0.18 nm/사이클이었다. 화학적 오염없이 ALD의 선형 성장 속도 특성이 관찰되었다. AFM 이미지는, 필름이 다결정이며 필름 두께에 따라 그레인 크기가 증가함을 보여준다.
문헌[N.P. Dasgupta, J.F. Mack, M.C. Langston, Al Bousetta, and F.B. Prinz, Design of an atomic layer deposition reactor for hydrogen sulfide compatibility, Rev. Sc. Instr. 81, 044102, 2010]은 황화수소(H2S) 화학 물질과 상용가능한 성분으로 설계된 맞춤형 ALD 반응기를 기술하고 있다. H2S는 금속 설파이드의 ALD에 대한 반응물로 사용된다. ALD 반응기에서 H2S를 사용하려면 독성이 높고 가연성이며 부식성이 있어 안전 문제에 특히 주의해야 한다. 상기 반응기는 모든 습식(wetted) 부품과 H2S의 물질 상용성을 고려하여 설계되었다. 독성 가스 누출, 정전(power outage), 건물 환기 손실 또는 압축 공기 압력이 발생할 경우 시스템을 종료하기 위해 맞춤형 안전 연동 시스템이 개발되었다. 납 설파이드(PbS) 및 아연 설파이드(ZnS)의 ALD는 화학적 오염이나 H2S의 검출가능한 방출 없이 입증되었다.
문헌[J. Xu, B.R. Sutherland, S. Hoogland, F. Fan, S. Kinge, and E.H. Sargent, Atomic layer deposition of absorbing thin films on nanostructured electrodes for short-wavelength infrared photo-sensing, Appl. Phys. Lett. 107, 153105, 2015]은, 고온 또는 고진공이 없는 고품질의 박막 형성으로 유명한 ALD가 광범위한 산화물 물질의 넓은 어레이의 대면적 침착에 대한 업계 표준이 되었다고 보고했다. 최근에, 나노결정질 황화물 막의 형성에 대한 기대가 나타났다. 여기서는, 광 검출을 위한 ALD 납 설파이드의 실행능(viability)을 보여준다. ALD의 등각(conformal) 능력을 활용하여, 이는 ZnO 나노와이어 전극을 이용하여 흡수층의 추출 효율을 떨어 뜨리지 않으면서 흡수를 향상시킨다. 나노와이어는 우선 얇은 션트(shunt) 방지 TiO2 층으로 코팅한 다음 광 감지를 위한 적외선 활성 ALD PbS 층을 코팅한다.
특히, 예컨대 습기 및/또는 산소에 의한 외부 영향에 의한 광 전도성 물질의 열화를 피하기 위해, 광 전도성 물질을 포함하는 광학 센서는 적어도 부분적으로 캡슐화 층으로 덮일 수 있다. 이러한 목적을 위해, 캡슐화 층은, 전형적으로 캡슐화 글루(glue), 통상 에폭시계 글루, 및/또는 캡슐화 유리를 사용함으로써 제공된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 기밀(hermetically) 밀봉된 패키지로 캡슐화될 수 있다. 그러나, 캡슐화 유리 및 캡슐화 글루는, 바람직하게는 광 전도성 물질에 의한 감지와 관련될 수 있는 파장 범위에 걸친 그들의 흡수 특성에 관하여 선택된다. 여기서, 보로실리케이트 유리 및 석영 유리는 약 2500 nm 초과의 파장을 흡수하는 것으로 공지되어 있고, 이는 특히 PbS 및 PbSe의 광 전도성 물질의 스펙트럼 응답을 상당히 제한할 수 있다. 사파이어와 같은 다른 캡슐화 유리는 보다 적합한 흡수 특성을 제공할 수 있지만, 일반적으로 상당히 비싼 경향이 있다. 또한, 기밀 패키지는 일반적으로 다소 부피가 크고 인쇄 회로 기판에 통합하기가 어렵고 비용이 고가인 것으로 나타났다.
문헌[G.H. Blount, K. Preis, R.T. Yamada, and R.H. Bube, Photoconductive properties of chemically deposited PbS with dielectric overcoatings, J. Appl. Phys. 46, p. 3489, 1975]는 박막 PbS 광 검출기에 진공 침착된 Al2O3, As2S3, CdTe, MgF2, SiO 및 SiO2의 오버코팅을 기술하고 있다. 오버코팅 두께는 대략 반사 방지 특성을 최적화하는 데 필요한 두께였다. 오버코팅은, Al2O3, MgF2 및 CdTe의 경우 생산 수율이 낮았지만, 검출기 특성을 심각하게 저하시키지 않았다. 낮은 수율은 오버코팅과 PbS 필름의 물리적 비상용성으로 인한 것으로 보인다. 적대적 환경에 대한 1/f 노이즈 및 패시베이션의 감소를 통해 As2S3으로 향상된 검출기 특성을 얻을 수 있었다.
문헌[M. D. Groner, F. H. Fabreguette, J. W. Elam, and S. M. George, Low-Temperature Al 2 O 3 Atomic Layer Deposition, Chem. Mater. 16, pp. 639-645, 2004]은, Al(CH3)3(트리메틸알루미늄, TMA) 및 H2O의 교대 노출을 사용하여 점성 유동 반응기에서 33℃의 낮은 온도에서 ALD에 의해 침착된 Al2O3 막에 대해 보고 한다. 저온 Al2O3 ALD 막은 유기, 중합체 또는 생물학적 물질과 같이 열에 약한 물질을 코팅하는 잠재성을 갖는다. Al2O3 막 밀도는 침착 온도가 낮을 수록 더욱 낮았다. Al2O3 ALD 막 밀도는 177℃에서 3.0g/cm3이었고 33℃에서 2.5g/cm3이었다. AFM 이미지는 저온에서 성장한 Al2O3 ALD 막이 근 평균 제곱(RMS) 거칠기가 단지 0.4 ± 0.1 nm로 매우 매끄럽다는 것을 보여 주었다. 정방향 리코일 분광분석법(forward recoil spectrometry)을 이용한 막의 원소 분석에 의해, 성장 온도가 감소함에 따라 증가하는 수소 농도가 나타났다. 부모 알루미늄 및 산소 농도를 제외하고는 러더퍼드(Rutherford) 후방 산란 분광분석법으로 다른 원소는 관찰되지 않았다. 58℃에서의 저온 Al2O3 ALD는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 중합체 기판에서 처음으로 시연되었다.
US 5,291,066 A는, 내부에 다수의 비아 홀(via hole)을 갖는 연속적인 다수의 플라이(ply) 시퀀스(sequence)를 기판에 인가함으로써 제조된 고밀도 상호접속 (HDI) 구조의 하나 이상의 집적 회로 부품을 포함하는 방습성 집적 회로 모듈을 개시한다. 상기 시퀀스는 부품(들) 및 모듈 기판 위에 놓이고, 각각의 시퀀스는 전기적 상호접속을 제공하기 위해 시퀀스의 비아 안으로 연장되는 금속으로 구성된 복수의 랜드(land) 및 유전체 막을 포함한다. 모듈은, 모듈을 통해 회로 부품(들)로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한, 하나 이상의 수분 차단막을 포함한다.
US 7,939,932 B2는, 임의의 노출된 전기 접촉부를 포함하여 장치를 코팅하기 위해 패키지되거나 패키지되지 않은 칩 장치 상에 침착된 저온 무기 유전체 ALD 막(예를 들어, Al2O3 및 TiO2)을 개시한다. 이러한 저온 ALD 막은 일반적으로, 패키지된 칩 장치를 손상시키지 않고 침착될 수 있다. ALD 막은 전형적으로 원하는 품질(예를 들어, 전체 패키지화된 칩 장치에 대한 기밀성, 전기 접촉부에 대한 패시베이션, 생상용성(biocompatibility) 등)을 제공하기에 충분한 두께로 침착되지만, 전기 접촉부를 노출시키지 않고 ALD 막을 통해 직접적으로 (예를 들어, 납땜 또는 다른 방법으로) 전기 접촉부에 대한 전기 접속을 여전히 허용한다.
문헌[W. Yoon, A.R. Smith, E.E. Foos, J.E. Boercker, W.B. Heuer, and J.G. Tischler, Electrical Measurement Under Atmospheric Conditions of PbSe Nanocrystal Thin Films Passivated by Remote Plasma Atomic Layer Deposition of Al 2 O 3 , IEEE Transaction Nanotech. 12 (2), pp. 146-151, 2013]은, PbSe 나노결정 박막 트랜지스터(TFT)가 150℃에서 두께가 약 10 nm인 Al2O3 막의 원격 플라즈마 ALD를 사용하여 페시베이션되었다고 보고했다. 매우 반응성이 강한 원격 산소 플라즈마 소스를 사용하는 경우, 하나의 완전한 ALD 사이클의 시간은, 약 0.11 nm/사이클의 성장 속도로 약 15 초였다. Al2O3-페시베이션된 PbSe 나노결정 TFT에서 대기 조건하에 측정한 유효 이동도는, 무-공기 PbSe 나노결정 TFT에 대해 이전에 보고된 값과 대등하여, ALD Al2O3 층이 공기 노출로 인한 나노결정 막의 산화 및 분해를 방지함을 보여준다. 또한, 페시베이션된 장치의 유효 이동도의 변이는 주변 조건 하에서 30 일 동안 무시할 수 있는 것으로 판명되었다. 상기 결과는 Al2O3의 원격 플라즈마 ALD 가공이 감온에서 높은 침착 속도로 공기-민감성 나노결정에 효과적인 패시베이션 층을 생성할 수 있음을 보여준다.
문헌[C. Hu, A. Gassenq, Y. Justo, K. Devloo-Casier, H. Chen, C. Detavernier, Z. Hens, and G. Roelkens, Air-stable short-wave infrared PbS colloidal quantum dot photoconductors passivated with Al 2 O 3 atomic layer deposition, Appl. Phys. Lett. 105, 171110, 2014]는 공기-안정성 작동을 위한 Al2O3 ALD 패시베이션을 갖는 PbS 콜로이드 양자점 광 전도체를 제공한다. 양자점, S2- 및 OH-에 대한 두 가지 상이한 유형의 무기 리간드가 조사되었다. 컷오프 파장이 2.4 lm 인 PbS/S2- 광 전도체가 수득되고, 1550 nm에서 50 A/W까지의 응답성(responsivity)이 보고된다.
문헌[Y. Liu, M. Gibbs, C.L. Perkins, J. Tolentino, M.H. Zarghami, J. Bustamante Jr., and M. Law, Robust, Functional Nanocrystal Solids by Infilling with Atomic Layer Deposition, Nano Letters, Vol. 11, No. 12, 24 October 2011, pp. 5349-55]은, 나노결정이 제 위치에 고정되고 산화 및 광열적(photothermal) 손상에 대해 보호되는 무기 나노 복합체를 생성시키기 위해 PbSe 나노결정을 금속 산화물, 특히 비정질(amorphous) 알루미나로 충전시키기 위해 저온 ALD가 사용되는, 납 칼코게나이드(chalcogenide), 특히 PbSe 나노결정의 막에 기초한 광전자 장치를 기술하고 있다.
문헌[Y. Liu, J. Tolentino, M. Gibbs, R. Ihly, C.L. Perkins, Y. Liu, N. Crawford, J.C. Hemminger, and M. Law, PbSe Quantum Dot Field-Effect Transistors with Air Stable Electron Mobilities above 7 cm 2 V -1 s -1 , Nano Letters, Vol. 13, No. 4, 1 March 2013, pp. 1578-87]은, ALD 코팅에 의한 표면 상태의 동시 패시베이션을 갖는 FET에서 높은 전하 캐리어 이동도를 달성하기 위해 저온 ALD에 의해 금속 산화물, 특히 비정질 알루미나로 충전된 납 칼코게나이드, 특히 PbSe, 콜로이드 양자점의 막을 기술하고 있다.
전술한 장치 및 검출기에 의해 함축된 이점들에도 불구하고, 간단하고, 비용-효율적이고, 여전히 신뢰성 있는 광학 센서 및 공간 검출기에 대한 개선이 여전히 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 문제는, 이 유형의 공지된 장치 및 방법의 단점을 적어도 실질적으로 회피하는, 광학적 검출을 위한 장치 및 방법을 특정하는 것이다.
특히 적외선 스펙트럼 범위 내에서 광학 방사선을 검출하기 위한, 개선된 간단하고, 비용-효율적이며, 여전히 신뢰성 있는 광학 센서 및 검출기를 제공하는 것은, 특히 투과율, 흡수율, 방출율 및 반사율 중 하나 이상을 감지하는 것과 관련하여 바람직할 것이다.
또한, 공간 내의 대상물의 위치를, 특히 하나 이상의 대상물의 깊이, 또는 깊이 및 폭 둘다에 대해 결정하기 위한, 개선된 간단하고 비용-효율적이며 여전히 신뢰성 있는 광학 센서 및 검출기를 제공하는 것이 특히 바람직하며, 이는 보다 구체적으로는 적외선 스펙트럼 범위의 적어도 일부 구획을 커버할 수 있다.
특히, 습도 및/또는 산소와 같은 외부 영향에 의한 열화를 피하도록 특별히 구성될 수 있는 캡슐화 층을 광학 센서에 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 여기서, 적합한 흡수 특성을 나타내고, 동시에 제조가 용이하고 회로 캐리어 장치 상에 집적하기 쉬운 캡슐화 물질을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
이 문제는 독립 특허 청구항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 개발은 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시양태에서 제시된다.
본원에 사용된 바와 같이, 표현 "갖는다", "포함한다" 및 "함유한다", 및 이들이 문법적 변형태는 비-배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, "A는 B를 갖다" 및 "A는 B를 포함한다" 또는 "A는 B를 함유한다"는 표현은 둘 다, B 이외에 A가 하나 이상의 추가 부품 및/또는 구성 요소를 함유한다는 사실 및 B 이외에 다른 부품, 구성 요소 또는 요소가 A에 존재하지 않는 경우를 의미할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에서, 광학 센서가 개시된다. 여기서, 본 발명에 따른 광학 센서는
- 하나 이상의 광 전도성 물질의 층,
- 상기 광 전도성 물질의 층과 접촉하는 2 개 이상의 개별 전기 접촉부, 및
- 광 전도성 물질의 층 상에 침착된 커버 층으로서, 이때 상기 커버 층은 하나 이상의 금속-함유 화합물을 포함하는 비정질 층인 커버 층
을 포함한다.
본 발명의 추가의 임의적 세부 사항 및 특징은 종속항과 관련하여 따르는 바람직한 예시적 실시양태의 설명으로부터 명백하다. 이러한 맥락에서, 특정 특징들은 단독으로 또는 조합된 특징들로 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시양태들로 제한되지 않는다. 예시적인 실시양태가 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소들, 또는 그 기능과 관련하여 서로 대응하는 요소를 지칭한다.
특히, 도면에서 :
도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따른 광학 센서의 많은 바람직한 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 다양한 샘플의 X 선 회절(XRD) 다이어그램을 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 광학 센서의 제조 방법의 예시적인 실시 예를 도시한다.
도 4는 종방향 광학 센서를 포함하는 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 6은 횡방향 센서 신호를 평가하기 위한 평가 계획의 예시적인 개략적 셋업을 도시한다.
도 7a 내지 도 7f는 횡방향 광학 센서의 예시적인 실시양태에서 횡방향 센서 신호와 광 스폿 위치 사이의 관계를 도시한다.
도 8은, 본 발명에 따른 광학 센서, 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라의 예시적인 실시양태를 도시한다.
본원에서 사용된 "광학 센서"는 일반적으로, 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된 장치이다. 센서 신호는 일반적으로 대상물의 위치의 임의적 신호 표시자(arbitrary signal indicative)일 수 있다. 예를 들어, 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서 신호는 디지털 데이터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 센서 신호는 단일 신호 값 및/또는 일련의 신호 값을 포함할 수 있다. 센서 신호는, 2 개 이상의 신호를 평균화하는 것 및/또는 2 개 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같은 2 개 이상의 개별 신호를 결합함으로써 도출되는 임의적 신호를 추가로 포함할 수 있다.
"대상물"은 일반적으로, 생물 대상물 및 비-생물 대상물에서 선택된 임의의 대상물일 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 대상물은 하나 이상의 물품 및/또는 물품의 하나 이상의 일부를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 대상물은 하나 이상의 생물체 및/또는 이의 하나 이상의 부위, 예컨대 인간, 예를 들면 사용자, 및/또는 동물의 하나 이상의 신체 부위일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 "위치"는 일반적으로, 공간에서의 대상물의 위치 및/또는 방위(orientation)에 관한 임의의 정보 항목을 지칭한다. 이를 위해, 예로서, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있고, 대상물의 위치는 1, 2, 3 또는 그 이상의 좌표를 사용하여 결정될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 직교(Cartesian) 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 좌표계는, 검출기가 사전결정된 위치 및/또는 방위을 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다.
본 발명에 따르면, 광학 센서는 하나 이상의 광 전도성 물질의 층을 포함하며, 이때 상기 광 전도성 물질의 층은 센서 영역으로서 기능할 수 있다. 본원에서 사용되는 "센서 영역"은, 광 빔에 의한 광학 센서의 조명을 수신하도록 설계된 광학 센서의 일부(partition)로 고려되며, 이때 상기 센서 영역에 의해 수신된 방식에서의 조명은 상기 하나 이상의 센서 신호의 생성을 개시하며, 상기 센서 신호의 생성은 상기 센서 신호와 상기 센서 영역의 조명 방식 사이의 정의된 관계에 의해 지배될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "광 전도성 물질"은 전류를 유지할 수 있고, 따라서 특정한 전기 전도도를 나타내는 물질을 말하며, 이때 구체적으로, 전기 전도도는 물질의 조명에 의존한다. 전기 저항률은 전기 전도도의 역수 값으로 정의되기 때문에, "광 저항성(photoresistive) 물질"이라는 용어는 동일한 종류의 물질을 표시하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 종류의 물질에서, 전류는 하나 이상의 제 1 전기 접촉부를 경유하여 상기 물질을 통해 하나 이상의 제 2 전기 접촉부로 안내될 수 있으며, 이때 제 1 전기 접촉부는 제 2 전기 접촉부로부터 격리되며, 제 1 전기 접촉부 및 제 2 전기 접촉부는 둘다 상기 물질과 직접 연결되어 있다. 이러한 목적을 위해, 직접 연결은 접촉 구역에서, 도금, 용접, 납땜, 와이어 결합, 열음향(thermosonic) 결합, 스티치-결합, 볼-결합, 쐐기(wedge) 결합, 컴플라이언트(compliant) 결합, 열압축 결합, 애노드성 결합, 직접 결합, 플라즈마-활성화된 결합, 공융(eutectic) 결합, 유리 프릿(glass frit) 결합, 접착제 결합, 일시적인 액상 확산 결합, 표면 활성화된 결합, 테이프-자동 결합과 같은 종래 기술로부터 공지된 임의의 공지의 방법에 의해 또는 전기적으로 고도의 전도성 물질, 특히 금속, 예컨대 금, 베릴륨 도핑된 금, 구리, 알루미늄, 은, 백금 또는 팔라듐뿐만 아니라 전술된 금속들 중 하나 이상을 포함하는 합금을 침착시킴에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 광학 센서의 센서 영역에서 사용되는 광 전도성 물질은 바람직하게는, 무기 광 전도성 물질 및/또는 이의 고용체 및/또는 이의 도핑된 변형체를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "고용체"는, 하나 이상의 용질이 용매에 포함될 수 있는 광 전도성 물질의 상태를 의미하며, 이에 의해 균질한 상이 형성되고, 용매의 결정 구조는 일반적으로 용질의 존재에 의해 변하지 않는다. 예를 들어, 2 원 CdTe는 ZnTe 중에 용해되어 Cd1-xZnxTe를 유도할 수 있으며, 여기서 x는 0 내지 1에서 변할 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 "도핑된 변형체"라는 용어는, 물질 자체의 성분들과 별개로, 단일 원자가, 도핑되지 않은 상태의 고유 원자가 차지하는 결정 내의 부위로 도입되는 광 전도성 물질의 상태를 의미한다. 예로서, 특히 규소 결정의 화학적 및/또는 물리적 특성을 개질하기 위해, 순수한 규소 결정은 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 인, 비소, 안티몬, 게르마늄 또는 기타 원자 중 하나 이상으로 도핑 수 있다.
이와 관련하여, 무기 광 전도성 물질은, 특히, 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 금속 산화물, IV 족 원소 또는 화합물, 즉 IV 족 원소 또는 하나 이상의 IV 족 원소를 갖는 화학적 화합물, III-Ⅴ 족 화합물, 즉 하나 이상의 III 족 원소 및 하나 이상의 V 족 원소를 갖는 화학적 화합물, II-VI 족 화합물, 즉 한편으로는 하나 이상의 II 족 원소 또는 하나 이상의 XII 족 원소, 다른 한편으로는 하나 이상의 VI 족 원소를 갖는 화학적 화합물, 및/또는 칼코게나이드(이는 바람직하게는 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 삼원 칼코게나이드, 4 급 이상의 칼코게나이드로부터 선택될 수 있음)일 수 있다. 그러나, 다른 무기 광 전도성 물질도 똑같이 적합할 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직하게는 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3 원(ternary) 칼코게나이드, 4 원 이상의 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택되는 칼코게나이드는 바람직하게는 광학 센서의 센서 영역에서 광 전도성 물질로서 사용하기에 적합 할 수 있다. 이 선호도는 특히 적외선 스펙트럼 범위의 광 검출기를 포함하여 다양한 종류의 응용 분야에서 이러한 종류의 물질이 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 것으로 이미 알려져 있는 이유에 기인한다.
특히, 설파이드 칼코게나이드는, 납 설파이드(PbS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 설파이드(ZnS), 수은 설파이드(HgS), 은 설파이드(Ag2S), 망간 설파이드(MnS), 비스무스 트리설파이드(Bi2S3), 안티몬 트리설파이드(Sb2S3), 비소 트리설파이드(As2S3), 주석 (II) 설파이드(SnS), 주석 (IV) 디설파이드(SnS2), 인듐 설파이드(In2S3), 구리 설파이드(CuS 또는 Cu2S), 코발트 설파이드(CoS), 니켈 설파이드(NiS), 몰리브덴 설파이드(MoS2), 철 디설파이드(FeS2) 및 크롬 트리설파이드(CrS3)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
특히, 셀레나이드 칼코게나이드는, 납 셀레나이드(PbSe), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 아연 셀레나이드(ZnSe), 비스무스 트리셀레나이드(Bi2Se3), 수은 셀레나이드(HgSe), 안티몬 트리셀레나이드(Sb2Se3), 비소 트리셀레나이드(As2Te3), 니켈 셀레나이드(NiSe), 탈륨 셀레나이드(TlSe), 구리 셀레나이드(CuSe 또는 Cu2Se), 몰리브덴 디셀레나이드(MoSe2), 주석 셀레나이드(SnSe) 및 코발트 셀레나이드(CoSe) 및 인듐 셀레나이드(In2Se3)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능할 수 있다.
특히, 텔루라이드 칼코게나이드는 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 텔루라이드(HgTe), 비스무스 트리텔루라이드(Bi2Te3), 비소 트리텔루라이드(As2Te3), 안티몬 텔루라이드(Sb2Te3), 니켈 텔루라이드(NiTe), 탈륨 텔루라이드(TlTe), 구리 텔루라이드(CuTe), 몰리브덴 디텔루라이드(MoTi2), 주석 텔루라이드(SnTe) 및 코발트 텔루라이드(CoTe), 은 텔루라이드(Ag2Te) 및 인듐 텔루라이드(In2Te3)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능할 수 있다.
특히, 3 원 칼코게나이드는 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe; MCT), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 수은 카드뮴 설파이드(HgCdS), 납 카드뮴 설파이드(PbCdS), 납 수은 설파이드(PbHgS) 구리 인듐 디설파이드(CuInS2; CIS), 카드뮴 설포셀레나이드(CdSSe), 아연 설포셀레나이드(ZnSSe), 탈러스 설포셀라나이드(TSISe), 카드뮴 아연 설파이드(CdZnS), 카드뮴 크롬 설파이드(CdCr2S4), 수은 크롬 설파이드(HgCr2S4), 구리 크롬 설파이드(CuCr2S4), 카드뮴 납 셀레나이드(CdPbSe), 구리 인듐 디셀레나이드(CuInSe2), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 산화 납 설파이드(Pb2OS), 산화 납 셀레나이드(Pb2OSe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 비소 셀레나이드 텔루라이드(As2Se2Te), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 셀레나이트(CdSeO3), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe) 및 카드뮴 아연 셀레나이드(CdZnSe), 전술된 2 원 칼코게나이드 및/또는 2 원 III-V 화합물로부터의 화합물을 적용함에 의한 추가 조합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능할 수 있다.
4 원 이상의 칼코게나이드와 관련하여, 이러한 종류의 물질은 적절한 광 전도성을 나타내는 것으로 알려진 4 원 이상의 칼코게나이드로부터 선택될 수 있다. 특히, Cu(In,Ga)S/Se2 또는 Cu2ZnSn(S/Se)4의 조성을 갖는 화합물이 이 목적을 위해 가능할 수 있다.
III-V 화합물에 관해서는, 이러한 종류의 반도체 물질은 인듐 안티모나이드(InSb), 붕소 니트라이드(BN), 붕소 포스파이드(BP), 붕소 아르세나이드(BAs), 알루미늄 니트라이드(AlN), 알루미늄 포스파이드(AlP), 알루미늄 아르세나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 인듐 니트라이드(InN), 인듐 포스파이드(InP), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 니트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 및 갈륨 안티모나이드(GaSb)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능할 수 있다.
II-VI 화합물에 관해서는, 이러한 종류의 반도체 물질은 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 설파이드(HgS), 수은 셀레나이드(HgSe), 수은 텔루라이드(HgTe), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 및 수은 아연 셀레나이드(CdZnSe)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 다른 II-VI 화합물이 가능할 수 있다. 또한, 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능할 수 있다.
금속 산화물과 관련하여, 이러한 종류의 반도체 물질은 광 전도성을 나타낼 수 있는 공지된 금속 산화물, 특히 구리 (II) 옥사이드(CuO), 구리 (I) 옥사이드(CuO2), 니켈 옥사이드(NiO), 아연 옥사이드(ZnO), 은 옥사이드(Ag2O), 망간 옥사이드(MnO), 티타늄 디옥사이드(TiO2), 바륨 옥사이드(BaO), 납 옥사이드(PbO), 세륨 옥사이드(CeO2), 비스무스 옥사이드(Bi2O3), 카드뮴 옥사이드(CdO), 페라이트(Fe3O4), 및 페로브스카이트 옥사이드(ABC3, 여기서 A는 2 가 양이온이고, B는 4 가 양이온이고, C = O임)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 3 원, 4 원 또는 그 이상의 금속 산화물도 적용가능할 수 있다. 또한, 화학량론적 화합물 또는 오프(off)-화학량론적 화합물일 수 있는 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체도 가능할 수 있다. 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 투명하거나 반투명한 특성을 동시에 나타낼 수 있는 금속 산화물을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
IV 족 원소 또는 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반도체 물질은 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 규소(Si), 규소 카바이드(SiC) 및 규소 게르마늄(SiGe)을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있으며, 이때 상기 반도체 물질은 결정질 또는 바람직하게는 미정질(microcrystalline) 반도체 물질 또는 비정질 반도체 물질로부터 선택될 수 있다. 특히, 높은 저항률, 높은 전하 캐리어 수명 및 낮은 표면 재결합 속도를 동시에 나타낼 수 있는 규소계 광 전도체를 제공하기 위해, 낮은 도펀트 농도 및 낮은 결함 밀도를 포함하는 도핑된 규소, 예컨대 규소 플로트(float) 구역 웨이퍼에 존재하는 것들이 바람직하게 선택될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 광 전도성 물질은, 바람직하게는 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 및 3 원 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있는, 하나 이상의 칼코게나이드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어 "칼코게나이드"는, 산화물을 제외한, 주기율표의 16 족 원소를 포함할 수 있는 화합물, 즉 황화물, 셀레나이드 및 텔루라이드를 의미한다. 특히, 광 전도성 물질은, 설파이드 칼코게나이드, 바람직하게는 납 설파이드(PbS), 셀레나이드 칼코게나이드, 바람직하게는 납 셀레나이드(PbSe), 텔루라이드 칼코게나이드, 바람직하게는, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 또는 3 원 칼코게나이드, 바람직하게는 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe; MZT)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 적어도 언급된 바람직한 광 전도성 물질은 일반적으로, 적외선 스펙트럼 범위 내에서 특유의 흡수 특성을 나타내는 것으로 공지되어 있기 때문에, 언급된 바람직한 광 전도성 물질을 포함하는 층을 갖는 광학 센서는 바람직하게는 적외선 센서로서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태 및/또는 다른 광 전도성 물질, 특히 전술한 바와 같은 광 전도성 물질이 또한 가능할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 광학 센서는 칼코게나이드, 바람직하게는 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe) 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수 있는 하나 이상의 광 전도성 물질의 층의 형태로 제공될 수 있다. 상기 언급된 물질과 관련하여, 15 nm 초과의 크기를 나타내는 적어도 수 개의 결정을 포함할 수 있는 물질의 층이 포함된다. 여기서, 광 전도성 물질의 층은, 진공 침착, 스퍼터링, 원자 층 침착, 화학적 증착, 분무 열분해, 전착, 양극 산화(anodization), 전자-컨버젼(electro-conversion), 무전해 침지 성장(electro-less dip growth), 연속식 이온 흡착 및 반응, 화학적 욕 침전 및 용액-가스 계면 기술로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 침착 방법을 적용하여 제조될 수 있다. 결과적으로, 광 전도성 물질의 층은 10 nm 내지 100 ㎛, 바람직하게는 100 nm 내지 10 μm, 특히 300 nm 내지 5 μm 범위의 두께를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 및/또는 하기 언급된 다른 광 전도성 물질도 이 목적을 위해 실현 가능할 수 있으며, 동일하거나 유사한 방식으로 처리될 수도 있다.
바람직하게는, 광 전도성 물질은, 특히 광 전도성 물질의 층에 기계적 안정성을 제공하기 위해 절연 기판, 바람직하게는 세라믹 기판 또는 유리 기판 상에 각각의 물질을 침착시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 선택된 층을 적절한 기판 상에 침착하고 2 개 이상의 개별 전기 접촉부를 제공함으로써, 본 발명에 따른 광학 센서가 수득될 수 있다. 여기서, 입사광 빔에 의한 센서 영역에서의 광 전도성 물질의 조명은 광 전도성 물질의 조명된 층에서 전기 전도도의 변이를 초래한다. 특정 실시양태에서, 기판은 전기 전도성 기재일 수 있거나 또는 포함할 수 있으며, 추가의 절연 중간층이 전기 전도성 기판과 하나 이상의 광 전도성 물질 층 사이에 존재할 수 있다.
결과적으로, 광 빔에 의한 센서 영역의 충돌시, 2 개 이상의 전기 접촉부는 광 전도성 물질의 전기 전도도에 의존하는 센서 신호를 제공할 수 있다. 이 목적을 위해, 적어도 개별적인 2 개의 전기 접촉부는, 특히 개별 전기 접촉부 중 적어도 2 개가 서로에 대해 전기적으로 격리되는 방식으로 광 전도성 물질 층의 상이한 위치에 적용될 수 있다. 여기서, 전기 접촉부는 공지의 증발 기술에 의해 용이하게 제공될 수 있는 증발된 금속 층을 포함할 수 있다. 특히, 증발된 금속 층은은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 티타늄 또는 금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안으로, 전기 접촉부는 그래핀(graphene) 층을 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 납 설파이드(PbS) 또는 납 셀레나이드(PbSe)를 포함하는 양자점 및/또는 나노결정의 ALD 캡슐화 및/또는 패시베이션이 이미 공지되어 있다는 것이 강조될 수 있다. 여기서, 양자점은 통상, 올레산, 부틸아민 또는 에탄티올과 같은 하나 이상의 유기 리간드로 캡핑되고, 이는 15 nm 이하의 양자점 크기를 생성한다. 그러나, 양자점 및/또는 나노결정의 합성 및 막 형성은 본 발명에 따른 광 전도성 물질, 특히 PbS 또는 PbSe의 층의 제조와 완전히 다르다. 여기서, 양자점 및/또는 나노결정은 먼저 합성되어야 하고 불활성 취급(handling)이 필요하다. 그 후, 세척 단계 및 유기 용매 중에서의 제형화가 뒤따른다. 그 후에만, 양자점 및/또는 나노결정을 포함하는 제형을 기판에 적용할 수 있으며, 여기서 이는 열, 및/또는 리간드 교환을 적용하는 것과 같은 다른 유기 리간드로 처리되어야 한다.
대조적으로, 광 전도성 물질, 특히 PbS 또는 PbSe를 포함하는 결정은 15 nm 초과 300 nm 이하의 크기로 제조될 수 있다. 이러한 종류의 결정은 침착 중에 분해될 수 있는 전구체로부터 직접 침착될 수 있다. 유기 리간드의 캡핑은 일어나지 않을 수 있지만 오히려 표면 산화가 존재할 수 있다. 따라서, 물질 화학의 관점에서 볼 때, 양자점 및/또는 나노결정 광 전도체는 PbS 또는 PbSe와 같은 동일한 물질을 기반으로 할 수 있지만 본 발명에 따른 결정질 광 전도체와는 완전히 다른 특성을 나타낸다. 이 발견은 Al2O3 ALD 패시베이션을 갖는 PbS 콜로이드 양자점 광 전도체를 제시하는 C. 후(Hu) 등에 의해 뒷받침된다. 본 발명에 따른 광 전도성 층과 비교하여, 흡수 최대 값이 보다 작은 파장으로 이동되고, C. 후 등의 광 전도체는 비교적 느린 반응을 보이다.
본 발명에 따르면, 광학 센서는 광 전도성 물질 상에 침착되는 커버 층을 추가로 포함한다. 여기서, 커버 층은 바람직하게는 광 전도성 물질의 층과 직접 접촉할 수 있는 방식으로 침착될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 커버 층은 광 전도성 물질의 접근가능한 표면을 완전히 덮을 수 있는 방식으로 층 상에 침착될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 침착 방법이 광 전도성 물질 상에 금속-함유 화합물을 침착시키는데 사용될 수 있다. 이 목적을 위해, 하나 이상의 침착 방법은 특히 원자 층 침착, 화학 증착, 스퍼터링 공정 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 결과적으로, 커버 층은, 특히 바람직한 실시양태에서, 원자 침착 층, 화학 증착 층, 스퍼터링 층, 또는 언급된 침착 방법 중 적어도 2 개를 사용하여 생성된 층일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 이때 상기 원자 침착 층, 또는 원자 침착 및 스퍼터링의 조합을 사용하여 생성된 층이 특히 바람직할 수 있다. 즉, 커버 층은 ALD 공정, CVD 공정, 스퍼터링 공정 또는 이들의 조합에 의해 수득될 수 있으며, ALD 공정 또는 ALD와 스퍼터링의 조합이 특히 바람직하다. 본원에서, "원자 층 침착", 동등한 용어 "원자 층 에피택시" 또는 "분자 층 침착" 및 이들 각각의 약어 "ALD", "ALE" 또는 "MLD"는 일반적으로 침착 공정을 지칭하는데 사용되며, 이는 자기-제한 공정 단계 및 후속 자기-제한 반응 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 적용되는 공정은 또한 "ALD 공정"로 지칭될 수 있다. ALD 공정을 언급하는 보다 상세한 내용에 대해서는 문헌[George, Chem. Rev., 110, p. 111-131, 2010]을 참고할 수 있다. 또한, 일반적으로 "CVD"로 약기되는 용어 "화학 증착"은, 기판 또는 기판 상에 위치한 층의 표면이 하나 이상의 휘발성 전구체에 노출될 수 있는 방법을 지칭하며, 이때 상기 전구체는 원하는 침착물을 생성하기 위해 표면 상에서 반응 및/또는 분해될 수 있다. 빈번한 경우, 가능한 부산물은 표면 위로 가스 유동을가함으로써 제거될 수 있다. 또한, "스퍼터링"이란 용어는 고 에너지 입자에 의한 타겟의 충격의 결과로서 입자를 방출시키기 위해 고체 타겟 물질이 사용되는 공정을 지칭한다. 또한, ALD 공정과 스퍼터링 공정의 조합은 먼저 광 전도성 물질의 표면 상에 조질 입자를 포함하는 조질 상을 스퍼터링하고, 이어서 ALD를 사용하여 미세한 상을 생성시키는 것을 허용할 수 있으며, 이는 특히 조질 입자들 사이의 공간, 갭 및/또는 공극을 채우기 위해 구성될 수 있어서, 더 두꺼운 커버 층이, 결국보다 짧은 시간 내에 제공될 수 있다. 다른 한편으로, 먼저 ALD 공정을 수행한 후, 이어서 스퍼터링 공정을 수행하는 것은, 우선, 물질 표면에 보다 많은 손상을 줄 수 있는 후속 스퍼터 공정으로부터 광 전도성 층을 보호하기 위해 느린 ALD 공정에 의한 등각 코팅, 특히, 다공성 광 전도성 층의 충전, 이어서 짧은 공정 시간 내에 두꺼운 층의 제공을 가능케 할 것이다. 커버 층을 제공하기 위한 바람직한 제조 공정에 관한 보다 상세한 내용에 대해서는, 이 문헌의 다른 곳의 방법에 대한 설명을 참조할 수 있다.
추가로 본 발명에 따르면, 커버 층은 하나 이상의 금속-함유 화합물을 포함한다. 여기서, 상기 금속-함유 화합물은 바람직하게는 금속을 포함할 수 있고, 이때 상기 금속은 특히 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os Ir, Pt, Au, Hg, Tl, 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특정 실시양태에서, 금속-함유 화합물은, 대안적으로, "메탈로이드(metalloid)"로 명명될 수도 있는 반금속(semimetal)을 포함할 수 있으며, 이때 상기 반금속은 B, Si, Ge, As, Sb 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 금속-함유 화합물은 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 및 W로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본원에서, 하나 이상의 금속-함유 화합물은 바람직하게는 산화물, 수산화물, 칼코게나이드, 닉타이드(pnictide), 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 이미 상기에서 정의된 바와 같이, "칼코게나이드"라는 용어는, 산화물을 제외한, 주기율표의 16 족 원소를 포함할 수 있는 화합물, 즉 황화물, 셀레나이드 및 텔루라이드를 지칭한다. 유사한 방식으로, "닉타이드"라는 용어는 주기율표의 15 족 원소를 포함할 수 있는, 바람직하게는 2 원 화합물, 즉 니트라이드, 포스파이드, 아르세나이드 및 안티모나이드를 지칭한다. 하기에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 금속-함유 화합물은 바람직하게는 Al, Ti, Zr 또는 Hf의 하나 이상의 산화물, 하나 이상의 수산화물 또는 이들의 조합물; 또는 바람직하게는 Si의 질화물을 포함할 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 커버 층에 포함되는 금속-함유 화합물은 알루미늄 옥사이드 및/또는 알루미늄 하이드록사이드를 포함하는 조성물일 수 있으며, 이는, 일반적으로 사용되는 바와 같이, 단순화를 위해 Al2O3로도 불린다.
앞서 언급한 바와 같이, 광학 센서는, 바람직하게는 광 전도성 물질의 접근가능한 표면을 완전히 덮을 수 있는 방식으로, 광 전도성 물질의 층 상에 침착되는 커버 층을 포함한다. 따라서, 커버 층은, 제 1 양태에서, 광 전도성 물질에 대한 캡슐화를 제공하기 위해 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 "캡슐화"라는 용어는, 외부 영향, 예컨대 주위 분위기에서 포함되는 습기 및/또는 산소에 의해 광학 센서의 센서 영역 내에 포함되는, 광학 센서 또는 이의 부분, 특히 광 전도성 물질의 부분적 또는 전체적인 열화를 가능한 한 회피하기 위해, 특히 패키지, 바람직하게는 기밀 패키지를 의미할 수 있다. 여기서, 패키지는, 바람직하게는 광 전도성 물질의 접근가능한 모든 표면을 덮도록 구성될 수 있으며, 이때 광 전도성 물질의 층은, 이미 광 전도성 물질의 표면의 일부를 보호하도록 구성될 수 있는 기판상에 침착될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. 다시 말하면, 기판 및 커버 층은, 광 전도성 물질의 패키징, 바람직하게는 기밀 패키징을 달성하기 위해 협력할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.
놀랍게도, 커버 층은, 제 2 양태에서, 광 전도성 물질의 커버 층 상에 침착된 결과로서 추가적인 기능을 나타낼 수 있다는 것이 밝혀졌다. 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 커버 층은 광 전도성 물질의 층 상에 커버 층을 침착하고, 이어서 상기 광 전도성 물질 상에 직접 침착된 커버 층을 포함하는 화합물 구조를 열처리한 후에 광 전도성 물질의 광 전도성이 상당히 개선될 수 있다는 의미로 광 전도성 물질을 활성화시키도록 구성될 수 있다. 이론에 구속되지 않고, 광 전도성 물질 상에 커버 층을 침착시키는 것은, 커버 층의 각 표면과 광 전도성 물질 사이에 직접적인 접촉만을 초래하는 것은 아니다. 또한, 화합물 구조의 열처리는, 광 전도성 물질로 부분적으로 침투하기 위해 커버 층 또는 적어도 이의 일부 내에 포함된 물질을 촉진시킬 수 있어, 특히 광 전도성 물질의 상세한 구조 및/또는 조성에 대해 물리적 및/또는 화학적 효과를 제공할 수 있다. 이러한 효과는, 커버 층에 포함된 물질의 작은 일부가 상 경계, 공동(vacancy) 또는 공극과 같은 광 전도성 물질의 수용 부 내로 침투할 수 있게 하는 것으로 보인다. 이 효과는 특히, 에너지 분산 X 선 분광법(EDX), 주사 전자 현미경(SEM) 또는 하기 도 2에 도시된 바와 같은 X 선 회절(XRD)과 같은 적절한 측정 절차를 적용하여 나타낼 수 있는 커버 층의 비정질 구조와 관련이 있는 것으로 보인다. 따라서, 커버 층의 비정질 성질은, 결정질 산화 알루미늄 또는 석영, 또는 결정질 PbS 자체와 같은 내부 표준와 함께 측정함으로써 결정될 수 있으며, 이때 상기 비정질 성질은, 이 측정 방법에 기초한 결정도가 20 % 미만일 때 달성된 것으로 간주될 수 있다. 또한, 이 효과는 블라운트(G.H. Blount) 등(상기 참조)의 Al2O3 층에 기술된 특성과는 대조적이고, 이때 전자 빔 침착이 사용되며, 이는 파단 에지를 조사할 때 미결정(crystallite)을 관찰함으로써 드러나는 결정질 Al2O3 층을 제공한다.
또한, G.H. 블라운트 등에 의해 사용된 광 전도성 물질 PbS의 광 전도 특성은 PbS 층 상에 캡슐화 층을 제공함으로써 약간(marginally) 영향을 받는 것으로 보인다. G.H. 블라운트 등에 의해 기재된 바와 같이, PbS 층을 포함하는 광학적 검출기의 특정 응답성(specific responsivity) S1은, 캡슐화 층이 없는 경우 1.4·102 cm2/W로부터 결정질 Al2O3 층을 적용한 후 2.3·102 cm2/W의 값으로 변하고, 따라서, 특정 응답성 S1은 2 배 미만으로 단지 약간 개선되었다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, Al2O3 커버 층의 적용 후에 본 발명에 따른 광 검출기의 개선은 50 배, 바람직하게는 100 배를 초과한다. 결과적으로, 따라서, 본 발명에 따른 커버 층의 비정질 특성은, 특히 외부 영향, 예컨대 습도 및/또는 산소에 의한 광 전도성 물질의 열화를 피하기 위해 광 전도성 물질에 대한 보호 캡슐화를 개선할뿐만 아니라, 바람직하게는 커버 층과의 직접 접촉될 수 있는 광 전도성 물질의 광 전도성 특성의 활성화에 본질적으로 기여할 수 있다.
대안적인 실시양태에서, 커버 층은 2 개 이상의 인접한 층을 가질 수 있는 라미네이트일 수 있거나 이를 포함할 수 있으며, 이때 상기 인접한 층은, 인접한 층들 중 하나, 둘다, 일부 또는 모두가 금속-함유 화합물들 중 하나를 포함할 수 있는 방식으로 특히 각각의 조성이 상이할 수 있다. 여기서, 인접한 층은, 비정질 구조를 제공하는, 예컨대 상술한 바와 같은 2 개의 상이한 금속-함유 화합물을 포함할 수 있다. 예로서, 커버 층은 Al-함유 화합물 및 Zr- 또는 Hf-함유 화합물의 교호적인 인접 층들을 포함할 수 있다. 그러나, 금속-함유 화합물의 다른 조합도 가능할 수 있다. 또한, 라미네이트는 본 출원의 다른 곳에서 기술된 바와 같은 금속-함유 화합물 중 어느 하나를 갖지 않을 수 있지만, 오히려 금속 화합물, 중합체 화합물, 규소 화합물, 또는 유리 화합물 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 여기서, 다른 종류의 물질도 가능할 수 있다. 결과적으로, 라미네이트는 비정질일 수 있지만 대안적으로 결정질 층 또는 나노결정질 층일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 추가적인 인접한 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 커버 층은 10 nm 내지 600 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 200 nm, 보다 바람직하게는 40 nm 내지 100 nm, 가장 바람직하게는 50 내지 75 nm의 두께를 나타낼 수 있다. 이 두께는 특히, 광 전도성 물질에 대한 캡슐화를 제공하고, 동시에 광 전도성 물질의 광 전도성을 활성화시키는 전술한 기능을 달성하는데 유리할 수 있는 커버 층 내의 금속-함유 화합물의 양을 반영할 수 있다. 이 특징은, G.H. 블라운트의 도 2에 도시된 바와 같이 캡슐화 층의 두께(780 nm로 표시됨)와 명확한 대조를 이룬다(상기 참조). 이와 관련하여, 커버 층의 두께에 대한 바람직한 값은, 광학 센서의 부피가 크지 않은 구현예에 관련될뿐만 아니라 커버 층의 증가된 투명도와 관련하여 유리할 수 있다는 것을 강조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시양태에서, 커버 층은 광 전도성 물질의 인접한 표면에 대한 등각 층일 수 있다. 상기 정의된 바와 같이, 등각 층의 두께는 ± 50 ㎚, 바람직하게는 ± 20 ㎚, 가장 바람직하게는 ± 10 ㎚의 편차 내에서 광 전도성 물질의 상응하는 표면을 따라갈 수 있으며, 이때 상기 편차는 적어도 커버 층의 표면의 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상, 가장 바람직하게는 99 % 이상에 걸쳐 일어날 수 있어서, 커버 층의 표면 상에 존재할 수 있는 임의의 오염 또는 불완전함을 남겨둔다. 다시, 이 특징은 G.H. 블라운트의 도 2에 도시된 바와 같은 캡슐화 층의 표면과 특히 대조되며(상기 참조), 이는 커버 층의 표면에 대해 상당히 큰 편차를 나타내는 것으로 보인다.
상술한 바와 같이, 광 전도성 물질의 층은 하나 이상의 기판에 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있으며, 이때, 바람직하게는, 기판 및 커버 층 중 하나 이상은 선택된 파장 범위 내에서 광학적으로 투명할 수 있다. 결과적으로, 커버 층이, 특히 적절한 흡수 특성을 나타냄에 의해 원하는 파장 범위 내에서, 바람직하게는 광학적으로 투명하게 되도록, 사용되는 금속-함유 화합물을 선택하는 것이 특히 유리할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기판에 적용된 물질은 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명한 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 이 특징은, 기판이 충분한 투명성을 나타낼 수 있는 한 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명하지 않을 수 있는 금속-함유 화합물에 대해 보다 넓은 범위의 물질을 선택할 수 있게 한다. 이 목적을 위해, 기판은 특히 적어도 부분적으로 투명한 절연 물질을 하나 이상 포함할 수 있으며, 이때 상기 절연 물질은, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 유리, 금속 산화물, 세라믹 물질, 또는 이들의 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 여기서, 상기 절연 물질은, 공지의 하나 이상의 투명 유리, 약하게 도핑된 반도체, 금속 산화물 또는 세라믹 물질로부터, 특히, 사파이어(Al2O3), 유리, 석영, 용융 실리카, 규소, 게르마늄, ZnS 또는 ZnSe로부터 특히 선택될 수 있다. 대안적으로, 기판은 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 절연체 물질은 특히, 또는 상기 커버 층이 또한 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 특성을 나타내도록 선택될 수 있다. 다른 한편으로, 기판이 이미 적어도 부분적으로 투명할 수 있는 경우, 광학적으로 불투명한(intransparent) 물질을 비롯한 보다 다양한 상이한 물질이 커버 층에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 광 전도성 물질의 층은 하나 이상의 기판에 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있으며, 이때 상기 기판 및 커버 층 중 하나 이상은 선택된 파장 범위 내에서 광학적으로 투명할 수 있다. 결과적으로, 커버 층이, 특히 적절한 흡수 특성을 나타냄에 의해 원하는 파장 범위 내에서, 바람직하게는 광학적으로 투명하게 되도록, 사용되는 금속-함유 화합물을 선택하는 것이 특히 유리할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기판에 적용된 물질은 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명한 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 이 특징은, 기판이 충분한 투명성을 나타낼 수 있는 한 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명하지 않을 수 있는 금속-함유 화합물에 대해 보다 넓은 범위의 물질을 선택할 수 있게 한다. 여기서, 기판 물질은 특히, 투명 유리, 규소, 게르마늄, 금속 산화물, 금속 또는 반도체 물질 중 하나 이상으로부터, 특히 알루미늄 도핑된 산화 주석(AZO), 인듐 도핑된 산화 주석(ITO), ZnS 또는 ZnSe로부터 선택될 수 있고, 이때 유리 또는 규소가 특히 바람직하다. 양호한 절연 기판으로서 작용하기에 너무 높은 전도성을 나타낼 수 있는 반도체 또는 전도성 층의 경우, 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명한 절연 중간층이 사용될 수 있다.
또한, 커버 층은, 동시에, 광 전도성 물질에 대한 캡슐화를 제공하고, 동시에 광 전도성 물질의 광 전도성을 활성화시키는 전술한 기능 이외에 하나 이상의 추가 기능을 발휘하도록 구성될 수 있는 기능성 층일 수 있다. 이와 관련하여, 상기 금속-함유 화합물은, 특히, 원하는 추가 기능을 동시에 발휘할 수 있도록 선택될 수 있다. 특히, 커버 층에 사용되는 금속-함유 화합물은 적절한 반사 방지층으로서의 품질을 갖기 위해 고 굴절률, 바람직하게는 1.2 이상, 보다 바람직하게는 1.5 이상을 나타낼 수 있다. 전술한 바와 같이, 커버 층은 특히 ALD, 또는 ALD와 스퍼터링의 조합을 등각 방식으로 사용함으로써 본 발명에 따른 광 전도성 물질의 층 상에 침착될 수 있어, 커버 층이 광 전도성 물질의 표면을 밀접하게(tightly) 따라갈 수 있다. 특히, PbS 층 또는 PbSe 층은, 통상적으로, 표면이 매끄럽지 않고 오히려 돌출부 및 함몰부가 있는 거친 표면을 나타내는 반면, Al2O3는 PbS 층 또는 PbSe 층의 표면을 밀접하게 따라갈 수 있는 커버 층으로 침착될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그 결과, 입사광으로 인한 반사가 최소화될 수 있다. 이러한 관찰은, 침착된 물질이 일반적으로, 광 전도성 물질의 층 표면에 존재할 수 있는 돌출부 및 함몰부를 단지 최소화할 수 있는 유착(coalescence)을 통해 성장되는, 공지된 침착 방법과는 대조적으로 보인다. 또한, 커버 층은, 기능성 층, 특히 스크래치-내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층 및 전도성 층으로부터 선택될 수 있다. 다른 유형의 기능도 가능하며, 특히 고-유전율(permittivity) 층, 즉 고 유전율을 나타낼 수 있으며 특히, 높은 전기장을 사용하여, 예를 들어 높은 전압을 광학 센서에 인가하여 높은 유전 강도를 생성하기 위해 사용될 수 있는 커버 물질, 바람직하게는 Al2O3 또는 ZrO2일 수 있다. 특히, 선택된 기능성 층의 목적을 위해, 커버 층은 또한, 커버 층의 원하는 추가 기능을 달성하기 위해 첨가될 수 있는 하나 이상의 안정제와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 특히, 커버 층은 안정화제로서 유리 또는 유리 입자를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 종류의 첨가제 또한 가능할 수 있다.
특정 실시양태에서, 특히, 원하는 추가 기능을 갖는 커버 층을 제공하는 것이 적절하지 않거나 또는 선택된 커버 층에 의해 제공되는 추가 기능의 범위가 충분하지 않을 수 있는 경우에, 커버 층은 추가로, 적어도 부분적으로 커버 층 상에 침착된 하나 이상의 추가 층에 의해 적어도 부분적으로 커버될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 추가 층은 적어도 부분적으로, 광 전도성 물질의 층과 커버 층 사이에 침착될 수 있다. 바람직하게는, 추가의 층은 추가의 기능이거나 또는 그 기능을 나타낼 수 있으며, 따라서 반사 방지층, 광학 필터 층, 스크래치-내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층, 또는 전도성 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 당업자는 하나 이상의 추가 층을 용이하게 선택 및 제공할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 가능할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 커버 층은, 특히 외부 회로에 대한 하나 이상의 리드(lead)와 같이 결합가능하도록 구성될 수 있는 전기 접촉부를 부분적으로 또는 완전히 덮을 수 있다. 여기서, 전기 접촉부는, 바람직하게는 커버 층을 통해 결합가능한 금 또는 알루미늄 와이어와 같은 와이어를 사용하여 결합가능할 수 있다. 특정 실시양태에서, 전기 접촉부에 접착제 층이 제공될 수 있으며, 여기서 접착제 층은 특히 결합을 위해 구성될 수 있다. 이를 위해, 접착제 층은 Ni, Cr, Ti 또는 Pd 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이론에 구속되기를 바라지 않으면서, 이동도의 증가는 일반적으로 광 전도성 물질의 성능에 유리한 것으로 고려된다. 그러나, 이 가정은, 다른 파라미터, 특히 전하 캐리어의 수명이 이에 의해 영향을 받지 않을 수 있는 경우에만 적절할 수 있다. 문헌[G. Konstantatos, L. Levina, A. Fischer, and E.H. Sargent, Engineering the Temporal Response of Photoconductive Photodetectors via Selective Introduction of Surface Trap States, Nanoletters 2008, Vol. 8, No. 5, pp. 1446-50] 및 [Rinku Saran and Richard J. Curry, Lead sulfide nano-crystal photodetector technologies, Nature Photonics 10, 2016, pp. 81-92]에 기재된 바와 같이, 비-재결합 트랩(trap) 상태는, 트랩 상태가 캐리어 이동도를 감소시킬 수 있을지라도, 광 전도성 장치의 성능을 향상시키는데 유리한 것으로 보인다. 문헌[C. Soci, A. Zhang, B. Xiang, S. A. Dayeh, D. P. R. Aplin, J. Park, X. Y. Bao, Y. H. Lo, and D. Wang, ZnO Nanowire UV Photodetectors with High Internal Gain, Nanoletters 2007, Vol. 7, No. 4, pp. 1003-09]에 기재된 바와 같이, 트랩 상태는 전하 캐리어의 수명을 연장시키고, 이는 광 전도성 이득(gain)을 증가시키는 것으로 여겨진다.
반면에, 전계 효과 트랜지스터(FET)와 관련하여, 전하 캐리어 이동도의 감소 및 트랩 상태의 존재는 일반적으로 FET의 성능에 완전히 해로운 것으로 간주되며, 이는 특히, 예를 들어 문헌[S. Kar, High Permittivity Gate Dielectric Materials, Springer, Berlin, Heidelberg, page 66] 또는 [P. Stallinga and H.L. Gomes, Organic Electronics 7 (2006) 592-599]에 기재된 바와 같이, 이들은 불리한 원인을 일으킬 수 있다 오프-전류, 비-선형 전달 곡선 및/또는 비-선형 접촉 효과를 일으킬 수 있기 때문이다.
Y. 리우(Liu) 등(상기 참조)이 기술한 바와 같이 FET를 양자점 태양 전지와 비교하면, 본 발명에 따른 광학 센서는 전하-캐리어 선택적 층을 포함하지 않으므로, 광전지 장치로서 고려될 수 없다는 것을 알 수 있다. 전하-선택적 층에서의 트랩의 차단 특성으로 인해, 전술한 바와 같은 광 전도성 이득은 광전지 장치에서 발견될 수 없기 때문에, 직접 비교가 이루어질 수 없다. 광전지 장치의 경우, 일반적으로 트랩 상태의 존재는 보다 높은 태양 전지의 성능을 초래하지 않는다. 이와 관련하여, 측부 광 전도체 장치와 비교된 평면형 광전지 장치의 상이한 치수는, 전하 캐리어가 이동하는 상이한 거리, 및 대응하는 전극에 도달하기 위해 제공되는 상이한 전하-캐리어 수명을 초래한다는 것을 알 수 있다. 광전지 장치에 대해 1V 및 광전도성 장치에 대해 100V를 가정함으로써 얻어질 수 있는 비교가능한 전기장을 고려하면, 이동 거리는 10 자승배(orders of magnitude)로 차이나며, 즉 광전지 소자에서는 단지 100 nm이지만, 본 발명에 따른 광 전도성 장치에서는 10 ㎛ 초과이다.
FET 및 광 전도 장치의 또 다른 특징은 전하-캐리어 유동의 위치와 관련될 수 있다. 전하-캐리어 유동은 본질적으로, FET 내의 유전체로부터 수 nm의 두께로 제한될 수 있지만, 층의 전체 두께는 이 목적을 위해 광 전도성 장치에 사용될 수 있다. 이 관찰은, 트랩 상태의 충전 및 각각의 장치의 성능에 대한 트랩 상태 밀도의 영향에 관한 강한 영향을 초래한다. FET에서, 유전체로부터 수 nm 떨어진 위치에 있는 트랩 상태는, 단지 비교적 적은 전하 캐리어로 충전될 수 있는 반면, 벌크 층 장치는 여전히 불포화 상태로 남아 있을 수 있다. 이와 대조적으로, 트랩 상태의 균일한 충전은 광 전도성 장치에 기대된다. 결과적으로, 광 전도성 장치의 고 성능을 촉발시키는 물리 현상은 FET 장치에서 관찰된 현상과 근본적으로 상이한 것으로 보인다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 특히 하나 이상의 대상물의 깊이, 또는 깊이와 폭 모두에 대한 하나 이상의 대상물의 위치를 결정하기 위한, 광학적 검출을 위한 검출기가 개시된다. 본 발명에 따르면, 하나 이상의 대상물의 광학적 검출을 위한 검출기는,
본원의 다른 곳에서 기재된 하나 이상의 광학 센서로서, 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된 하나 이상의 센서 영역을 포함하는, 광학 센서; 및
- 광학 센서의 센서 신호를 평가함으로써 대상물의 하나 이상의 좌표를 생성하도록 설계된 하나 이상의 평가 장치
를 포함한다.
여기서, 열거된 부품은 개별 부품일 수 있다. 대안적으로, 2 이상의 부품들 중 2 개 이상이 하나의 부품으로 통합될 수 있다. 또한, 하나 이상의 평가 장치는, 전송(transfer) 장치 및 광학 센서와 독립적인 별도의 평가 장치로 형성될 수 있지만, 센서 신호를 수신하기 위해 광학 센서에 연결되는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 평가 장치는 광학 센서에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 검출기는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 광학 센서 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 검출기는 자외선(UV), 가시 광선, 근적외선(NIR) 및 적외선(IR) 스펙트럼 범위가 특히 바람직한, 상당히 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 전자기 방사선을 검출하도록 설계되는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 이후의 광 전도성 물질은, 특히 광학 센서의 센서 영역 내의 광 전도성 층에 대해 선택될 수 있다:
- UV 스펙트럼 범위용: 도핑된 다이아몬드(C), 아연 옥사이드(ZnO), 티타늄 옥사이드(TiO2), 갈륨 니트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP) 또는 규소 카바이드(SiC);
- 가시 광선 스펙트럼 범위용: 규소(Si), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 설파이드(CuInS2; CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS);
- NIR 스펙트럼 범위용: 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 설파이드(CuInS2; CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS)(이때 CdTe, CIS, CIGS 및 CZTS가 850 nm 초과의 파장에 특히 바람직함);
IR 스펙트럼 범위용: 최대 2.6 μm 파장의 인듐 갈륨 비소 (InGaAs) 3.1 μm까지 파장을위한 인듐 아세 나이드(InAs); 최대 3.5 μm의 파장에서 황화물 납 (PbS); 최대 5 μm의 파장에서 셀레나이드 납 (PbSe); 5.5 μm까지 파장을위한 인듐 안티몬화물 (InSb); 및 수은 카드뮴 텔루라이드(MCT, HgCdTe)를 사용하여 16μm의 파장을 처리한다.
이미 위에서 언급했듯이, 위치는 일반적으로 공간에서 대상물의 위치 및/또는 방위에 관한 임의의 정보 항목을 의미한다. 이를 위해, 예로서, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있고, 대상물의 위치는 1, 2, 3 개 또는 그 이상의 좌표를 사용하여 결정될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 직교 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 좌표계는, 검출기가 사전결정된 위치 및/또는 방위를 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다. 이후 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 검출기는, 검출기의 시야의 주(main) 방향을 구성 할 수 있는 광축을 가질 수 있다. 광축은 z-축과 같은 좌표계의 축을 형성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 추가 축이 제공될 수 있으며, 바람직하게는 z-축에 수직이다.
따라서, 하나의 예로서, 검출기는 광학 축(optical axis)이 z-축을 형성하고 또한 z-축에 대해 수직인 동시에 서로 수직인 x-축 및 y-축이 제공되는 좌표계를 구성할 수 있다. 하나의 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 좌표계 내의 특정 지점, 가령 좌표계의 원점에 존재할 수 있다. 이러한 좌표계에서, z-축에 평행하거나 역평행한 방향은 종방향으로서 간주될 수 있으며, z-축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로서 간주될 수 있다. 종방향 좌표에 대해 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있으며 x-좌표 및/또는 y-좌표가 횡방향 좌표로 간주될 수도 있다.
대안적으로, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수도 있다. 따라서, 하나의 예로서, 광학 축이 z-축을 형성하고 z-축으로부터의 거리와 편각(polar angle)이 추가적인 좌표로서 사용될 수 있는 극(polar) 좌표계가 사용될 수도 있다. 또한, z-축에 대해 평행하거나 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있으며, z-축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수도 있다. z-축에 대해 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있으며 극 좌표 및/또는 편각은 횡방향 좌표로 간주될 수도 있다.
본 명세서에 하나 이상의 대상물의 위치를 결정하기 위한 검출기는 일반적으로, 하나 이상의 대상물의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 제공하도록 구성된 장치이다. 상기 검출기는 고정식 장치이거나 이동식 장치일 수 있다. 또한, 상기 검출기는 독립형 장치일 수 있거나 또다른 장치, 가령 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치의 일부일 수 있다. 또한, 상기 검출기는 휴대용 장치일 수 있다. 상기 검출기의 다른 실시양태도 이용가능하다.
상기 검출기는 하나 이상의 대상물의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 임의의 실행가능한 방식으로 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 정보는 가령 전자적인 방식으로, 시각적인 방식으로, 음향적인 방식으로 또는 이들의 임의의 조합의 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 정보는 또한 검출기의 데이터 저장소 또는 별개의 장치에 저장될 수 있고 및/또는 하나 이상의 인터페이스, 가령 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스를 통해 제공될 수도 있다.
특히 바람직한 실시양태에서, 광학 센서는 종방향 광학 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 본원에서 "종방향 광학 센서"는, 일반적으로 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되는 장치가고, 종방향 센서 신호는, 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, 소위 "FiP 효과"에 따라, 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다. 상기 종방향 센서 신호는 일반적으로, 종방향 깊이로서 표기될 수도 있는 종방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예로서, 종방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 종방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 종방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는 둘 이상의 신호를 평균화 및/또는 둘 이상의 신호의 몫(quotient)을 형성하는 것과 같이, 둘 이상의 개별적인 신호를 조합하여 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다. 종방향 광학 센서 및 종방향 센서 신호의 잠재적인 실시양태의 경우, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다.
또한, 종방향 광학 센서의 센서 영역은 하나 이상의 광 빔에 의해 조명된다. 따라서, 조명의 동일한 총 파워가 주어지면, 센서 영역의 전기 전도도는 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면(센서 영역 내의 입사 빔에 의해 생성되는 "스폿 크기"로 지칭됨)에 의존한다. 따라서, 광 전도성 물질의 전기 전도성이 입사광 빔에 의한 광 전도성 물질을 포함하는 센서 영역의 조명 정도에 의존한다는 관찰가능한 특성은, 특히 동일한 총 파워를 포함하지만 센서 영역에서 상이한 스폿 크기를 생성하는 2 개의 광 빔은 센서 영역에서 광 전도성 물질의 전기 전도도에 대해 상이한 값을 제공하고, 결과적으로 서로에 대해 구별 가능함을 특히 달성한다.
또한, 종방향 센서 신호가, 전압 신호 및/또는 전류 신호와 같은 전기 신호를 인가함으로써 결정되기 때문에, 전기 신호에 의해 가로 지르는 물질의 전기 전도도는, 종방향 센서 신호 결정 시에 고려된다. 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 종방향 광학 센서와 직렬로 사용되는 바이어스 전압원 및 부하 저항의 적용이 본원에서 바람직하게 사용될 수 있다. 결과적으로, 따라서, 센서 영역 내에 광 전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서는, 예컨대 2 개 이상의 종방향 센서 신호, 특히 빔 직경 상의 빔 단면에 관한 하나 이상의 정보 항목을 비교함에 의해 종방향 센서 신호의 기록으로부터 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 주로 결정할 수 있다.
또한, 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면은, 전술한 FiP 효과에 따라, 조명의 동일한 총 파워가 주어지면, 센서 영역 상에 충돌하는 광 빔을 방출 또는 반사하는 대상물의 종방향 위치 또는 깊이에 의존하기 때문에, 따라서, 종방향 광학 센서는 각각의 대상물의 종방향 위치를 결정하는데 적용될 수 있다.
WO 2012/110924 A1에서 이미 공지된 바와 같이, 종방향 광학 센서는, 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 이때, 조명의 동일한 총 파워가 주어지면, 센서 신호는 센서 영역상의 조명의 빔 단면에 의존한다. 일례로서, 렌즈의 위치의 함수로서 광전류 (I)의 측정이 이에 제공되며, 이때 상기 렌즈는 종방향 광학 센서의 센서 영역 상에 전자기 방사선을 집속(focusing)시키기 위해 구성된다. 측정 동안, 렌즈는, 결과적으로 센서 영역상의 광 스폿의 직경이 변하는 방식으로 종방향 광학 센서에 대해 센서 영역에 수직 방향으로 변위(displace)된다. 광전지 소자, 특히 염료 태양 전지가 센서 영역의 물질로서 사용되는 이러한 특정 예에서, 종방향 광학 센서의 신호(이 경우 광 전류)는 분명히 조명의 기하학적 구조에 의존하여, 렌즈의 초점에서의 최대치를 벗어나 광 전류가 이의 최대 값의 10 % 미만으로 떨어지게 된다.
본원에서 용어 "평가 장치"는 일반적으로, 정보의 항목, 즉, 대상물의 위치의 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된 임의 장치를 지칭한다. 예로서, 평가 장치는 하나 이상의 집적 회로, 예컨대 하나 이상의 용도 특이적 집적 회로(ASIC) 및/또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 및/또는 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA) 및/또는 하나 이상의 데이터 처리 장치, 예컨대 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로제어기이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 추가적인 컴포넌트, 예컨대 하나 이상의 예비처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치, 예컨대 센서 신호의 수신 및/또는 예비처리를 위한 하나 이상의 장치, 예컨대 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터가 포함될 수 있다. 본원에 사용된 “센서 신호”는 종방향 센서 신호, 및 적용가능한 경우 횡방향 센서 신호 중 하나를 일반적으로 지칭할 수 있다. 더욱이, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 더욱이, 전술된 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 결합 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
하나 이상의 평가 장치는, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 예를 들어 정보 항목을 생성하는 단계를 수행 또는 지원하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 센서 신호를 입력 변수로서 이용함으로써, 대상물의 위치로의 사전결정된 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
상기 평가 장치는 특히 하나 이상의 데이터 처리 장치, 특히, 센서 신호를 평가함으로써 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있는 전자 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 평가 장치는 센서 신호를 입력 변수로서 이용하고, 이들 입력 변수를 처리함으로써 대상물의 횡방향 위치 및 종방향 위치에 대한 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이러한 처리는 병렬로, 후속적으로 또는 심지어 결합된 방식으로 수행될 수 있다. 상기 평가 장치는 하나 이상의 저장된 및/또는 공지된 관계를 계산 및/또는 이용함에 의한 것과 같은, 이들 정보 항목을 생성하기 위한 임의의 공정을 이용할 수 있다. 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 다른 파라미터 및/또는 정보 항목이 위에서와 같은 관계, 예를 들면, 변조 주파수에 대한 하나 이상의 정보 항목에 영향을 미칠 수 있다. 관계는 경험적으로, 분석적으로 또는 반경험적으로(semi-empirically) 결정되거나 또는 결정가능할 수 있다. 특히 바람직하게, 관계는 하나 이상의 보정 곡선, 보정 곡선들의 하나 이상의 세트, 하나 이상의 함수 또는 언급된 가능성들의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 보정 곡선은 예를 들면, 데이터 저장 장치 및/또는 표에, 예를 들면, 값들의 세트 및 그것의 관련된 함수 값들의 형태로 저장될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 보정 곡선은, 예를 들면 파라미터화된 형태로 및/또는 함수 방정식으로서 또한 저장될 수 있다. 센서 신호를 정보 항목으로 처리하기 위한 별도의 관계들이 이용될 수 있다. 대안적으로, 센서 신호를 처리하기 위한 하나 이상의 결합된 관계가 가능하다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있으며, 또한 결합될 수 있다.
예로서, 상기 평가 장치는 정보 항목을 결정하려는 목적을 위한 프로그래밍의 관점에서 설계될 수 있다. 상기 평가 장치는 특히 하나 이상의 컴퓨터, 예를 들면, 하나 이상의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 평가 장치는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치(특히, 하나 이상의 컴퓨터)에 대한 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 평가 장치는, 정보 항목을 결정하기 위해 설계되는 하나 또는 복수의 다른 전자 컴포넌트, 예를 들면, 전자 표 및 특히 하나 이상의 순람표 및/또는 하나 이상의 ASIC 및/또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 및/또는 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA)를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 검출기는 하나 이상의 평가 장치를 갖는다. 특히, 하나 이상의 평가 장치는 또한, 예를 들면, 상기 검출기의 하나 이상의 조명원을 제어하도록 및/또는 상기 검출기의 하나 이상의 변조 장치를 제어하도록 설계된 평가 장치에 의해, 상기 검출기를 완전하게 또는 부분적으로 제어 또는 구동하도록 설계될 수 있다. 상기 평가 장치는, 특히, 복수의 센서 신호와 같은 하나 또는 복수의 센서 신호, 예를 들면, 조명의 상이한 변조 주파수에서 연속적으로 되는 복수의 센서 신호가 픽업(picked up)되는 하나 이상의 측정 사이클을 수행하도록 설계될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 평가 장치는 하나 이상의 센서 신호를 평가함으로써 대상물의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 상기 대상물의 위치는 정적일 수 있거나 또는 심지어 대상물의 하나 이상의 이동, 예를 들면, 검출기 또는 그 부분들과 대상물 또는 그 부분들 사이의 상대적인 이동을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상대적인 이동은 일반적으로 하나 이상의 선형 이동 및/또는 하나 이상의 회전 이동을 포함할 수 있다. 이동 정보의 항목은, 예를 들면, 상이한 시간들에 픽업된 2개 이상의 정보 항목의 비교에 의해 또한 획득될 수 있어서, 예를 들면, 하나 이상의 위치 정보 항목이 하나 이상의 속도 정보 항목 및/또는 하나 이상의 가속도 정보 항목, 예를 들면, 대상물 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 하나 이상의 상대적인 속도에 대한 하나 이상의 정보 항목을 또한 포함할 수 있게 된다. 특히, 하나 이상의 위치 정보 항목은 일반적으로, 대상물 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 거리, 특히, 광학적 경로 길이에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 그 부분들과 임의적인 전송 장치 또는 그 부분들 사이의 거리 또는 광학적 거리에 대한 정보의 항목; 검출기 또는 그 부분들에 대한 대상물 또는 그 부분들의 위치선정에 대한 정보의 항목; 검출기 또는 그 부분들에 대한 대상물 및/또는 그 부분들의 방향성에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 상대적인 이동에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 그 부분들의 2차원 또는 3차원 공간 구성, 특히, 대상물의 기하구조 또는 형태에 대한 정보 항목으로부터 일반적으로 선택될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 하나 이상의 위치 정보 항목은, 예를 들면 대상물 또는 이의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 위치에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 이의 일부의 하나 이상의 방향에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 이의 일부의 기하구조 또는 형태에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 이의 일부의 속도에 대한 정보의 항목; 대상물 또는 이의 일부의 가속도에 대한 정보 항목; 및 검출기의 가시 범위 내에 대상물 또는 이의 일부의 존재 또는 부재에 대한 정보 항목으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
하나 이상의 위치 정보 항목은, 예를 들면 하나 이상의 좌표계, 예를 들어 검출기 또는 그 부분들이 놓이는 좌표계에서 지정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 위치 정보는 또한 단순히, 예를 들면, 검출기 또는 그 부분들과 대상물 또는 그 부분들 사이의 거리를 포함할 수 있다. 언급된 가능성들의 조합이 또한 고려될 수 있다.
전술된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 센서 신호는, 광 빔에 의한 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, FiP 효과에 따라, 하나 이상의 종방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다. 본원에서 용어 "빔 단면"은 일반적으로, 광 빔의 측방향 확장부 또는 특정 위치에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿을 지칭한다. 원형의 광 스폿이 생성되는 경우, 반경, 직경 또는 가우스 빔 웨이스트(Gaussian beam waist) 또는 가우스 빔 웨이스트의 두 배가 빔 단면의 측정값으로서 기능할 수 있다. 비원형의 광 스폿이 생성되는 경우, 단면은 등가 빔 단면이라고도 지칭되는 비원형 광 스폿과 동일한 구역을 갖는 원의 단면을 결정함에 의한 것과 같이, 임의의 다른가능한 방식으로 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 예컨대, 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 초점에 또는 그 근처에 대응 물질(예컨대, 광기전 물질)이 존재할 수 있는 경우, 가능한 최소한의 단면을 갖는 광 빔과 상기 물질이 충돌할 수 있는 조건 하에, 극값(즉, 상기 종방향 센서 신호의 최대값 또는 최소값), 특히 전체적인 극값의 관찰을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 상기 극값이 최대값인 경우, 이의 관찰은 양의 FiP-효과로 명명될 수 있고, 상기 극값이 최소값인 경우, 이의 관찰은 음의 FiP-효과로 명명될 수 있다.
따라서, 실제로 센서 영역에 포함되는 물질에 관계없이, 광 빔에 의한 센서 영역의 조명의 동일한 총 파워가 주어지면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호를 생성할 수 있는 반면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 다른 제 2 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호와 상이한 제 2 종방향 센서 신호를 생성한다. 따라서, 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 빔 단면에 관한, 특히 빔 직경에 관한 하나 이상의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이 효과의 상세한 내용에 대해서는, WO 2012/110924 A1을 참조할 수 있다. 따라서, 종방향 광학 센서에 의해 생성된 종방향 센서 신호는 광 빔의 총 파워 및/또는 강도에 대한 정보를 얻기 위해, 및/또는 종방향 센서 신호 및/또는 광빔의 총 파워 및/또는 총 강도에 대한 대상물의 종방향 위치에 관한 하나의 정보 항목을 정규화하기 위해 비교될 수 있다. 따라서, 예로서, 종방향 광학 센서 신호의 최대 값이 검출될 수 있고, 모든 종방향 센서 신호를 이 최대 값으로 나눌 수 있어, 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 생성할 수 있으며, 이어서 전술된 공지의 관계를 사용하여 대상물에 관한 하나 이상의 종방향 정보 항목으로 변환될 수 있다. 종 방향 센서 신호의 평균 값을 사용하고 모든 종방향 센서 신호를 평균값으로 나누는 정규화와 같은 다른 정규화 방법이 가능하다. 다른 옵션도 가능하다. 이러한 옵션들 각각은 광 빔의 총 파워 및/또는 강도로부터 변환을 독립적으로 만들기에 적절할 수 있다. 또한, 따라서, 광 빔의 총 파워 및/또는 강도에 대한 정보가 생성될 수 있다.
특히, 대상물로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 하나 이상의 빔 특성이 알려져 있는 경우, 따라서 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목은 하나 이상의 종방향 센서 신호와 대상물의 종방향 위치 사이의 공지의 관계로부터 유도될 수 있다. 공지의 관계는 알고리즘 및/또는 하나 이상의 교정 곡선으로서 평가 장치에 저장될 수 있다. 예를 들어, 특히 가우시안(Gaussian) 빔의 경우, 빔 직경 또는 빔 웨이스트(waist)와 대상물의 위치 사이의 관계는, 빔 웨이스트와 종방향 좌표 간의 가우시안 관계를 이용하여 용이하게 도출 될 수 있다.
이 실시양태는, 특히, 광 빔의 빔 단면과 대상물의 종방향 위치 사이의 공지의 관계의 모호성을 해결하기 위해 평가 장치에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 대상물로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 빔 특성이 완전히 또는 부분적으로 알려지더라도, 많은 빔에서, 빔 단면은 초점에 도달하기 전에 좁아지고, 이후에 다시 넓어지는 것이 알려져 있다. 따라서, 광 빔이 가장 좁은 빔 단면을 갖는 초점 전후에서, 광 빔이 동일한 단면을 갖는 광 빔의 전파 축을 따르는 위치가 발생한다. 따라서, 예로서, 초점 전후의 거리 z0에서, 광 빔의 단면은 동일하다. 따라서, 특정 스펙트럼 감도를 갖는 하나의 종방향 광학 센서만이 사용되는 경우, 광 빔의 전체 파워 또는 세기가 알려진 경우, 광 빔의 특정 단면이 결정될 수 있다. 이 정보를 사용함으로써, 초점으로부터 각 종방향 광학 센서의 거리 z0가 결정될 수 있다. 그러나, 각각의 종방향 광학 센서가 초점 전후에 위치하는지 여부를 결정하기 위해, 대상물 및/또는 검출기의 이동 이력, 및/또는 검출기가 초점 앞 또는 뒤에 위치되는지 여부에 대한 정보와 같은 부가적인 정보가 요구된다. 전형적 상황에서, 이 추가 정보는 제공되지 않을 수 있다. 따라서, 상술한 모호성을 해결하기 위해 부가적인 정보가 얻어질 수 있다. 따라서, 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 평가 장치가 제 1 종방향 광학 센서상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서상의 광 빔의 빔 단면보다 크다는 것을 인식하는 경우, 상기 제 2 종방향 광학 센서는 상기 제 1 종방향 광학 센서 뒤에 위치하고, 상기 평가 장치는, 상기 광 빔이 여전히 좁아지고 있다는 것 및 상기 제 1 종방향 광학 센서의 위치는 상기 광 빔의 초점 전에 위치하는 것으로 결정할 수 있다. 반대로, 제 1 종방향 광학 센서상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서상의 광 빔의 빔 단면보다 작은 경우, 평가 장치는, 광 빔이 넓어지고 있는 것 및 제 2 종방향 광학 센서의 위치는 초점 뒤에 위치하는 것을 결정할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는, 상이한 종방향 센서의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 광 빔이 넓어지거나 좁아지는지를 인식하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 평가 장치를 사용하여 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 결정하는 것에 관한 더 상세한 내용에 대해서는 WO 2014/097181 A1의 설명을 참조할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서의 하나 이상의 전파 좌표에 대한 광 빔의 빔 직경의 공지된 의존성으로부터 및/또는 광 빔의 공지된 가우시안 프로파일로부터 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 결정하기 위해 광 빔의 공지의 빔 특성과 광 빔의 빔 단면 및/또는 직경을 비교하도록 구성될 수 있다.
대상물의 하나 이상의 종방향 좌표에 부가하여, 대상물의 하나 이상의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는, WO 2014/097181 A1에 또한 개략된 바와 같이, 픽셀화된 광학 센서, 단편화된 광학 센서 또는 대면적 횡방향 광학 센서일 수 있는 하나 이상의 횡방향 광학 센서상의 광 빔의 위치를 결정함으로써 대상물의 하나 이상의 횡방향 좌표를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 검출기는 2 개 이상의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있으며, 이때 각각의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 종방향 광학 센서의 센서 영역 또는 센서 표면은 평행하게 배향될 수 있으며, 이때 10° 이하, 바람직하게는 5° 이하의 각도 공차(tolerance)와 같은 약간의 각도 공차가 허용될 수 있다. 여기서, 바람직하게는, 검출기의 광축을 따라 스택 형태로 바람직하게 배열될 수 있는 검출기의 종방향 광학 센서 모두는 투명할 수 있다. 따라서, 광 빔은 다른 종방향 광학 센서들에 충돌하기 전에, 바람직하게는 순차적으로(subsequently), 제 1 투명 종방향 광학 센서를 통과할 수 있다. 따라서, 대상물로부터의 광 빔이 광 검출기에 존재하는 모든 종방향 광학 센서에 순차적으로 도달할 수 있다. 여기서, 상이한 종방향 광학 센서들은 입사광 빔에 대해 동일하거나 상이한 스펙트럼 감도를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 검출기는 WO 2014/097181 A1에 개시된 바와 같은 종방향 광학 센서의 스택을 특히 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 조합하여 포함할 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 대상물을 향하는 종방향 광학 센서의 스택의 면에 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 종방향 광학 센서의 스택의 대상물로부터 멀어지는 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 스택의 종방향 광학 센서들 사이에 개재될 수 있다. 그러나, 예컨대 대상물의 깊이만을 결정하는 것이 바람직할 수 있는 경우와 같이, 단일의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있지만 횡방향 광학 센서는 포함하지 않는 실시양태가 여전히 가능할 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명에 따른 광학 센서는 횡방향 광학 센서일 수 있거나 또는이를 포함할 수 있다. 본원에서 용어 "횡방향 광학 센서"는 일반적으로, 대상물로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되는 장치를 지칭한다. 용어 "위치"와 관련하여서는, 상기 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 횡방향 위치는 검출기의 광학 축에 대해 수직인 하나 이상의 차원에서의 하나 이상의 좌표이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 위치는 횡방향 광학 센서의 감광성 센서 표면 상에서와 같이, 광학 축에 대해 수직인 평면에서의 광 빔에 의해 생성된 광 스폿(light spot)의 위치일 수 있다. 예로서, 평면에서의 위치는 데카르트 좌표 및/또는 극좌표에서 주어질 수 있다. 다른 실시양태들이 실현가능하다. 횡방향 광학 센서의 잠재적인 실시양태들을 위해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호 또는 PCT 국제 특허 출원 PCT/EP2016/051817(2016년 1월 28일 출원됨)를 참조할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태들이 가능하며, 이하에 더욱 상세히 기술될 것이다.
횡방향 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 제공할 수 있다. 본원에서, 일반적으로 횡방향 센서 신호는 횡방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 횡방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 둘 이상의 신호를 평균화 및/또는 둘 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이, 둘 이상의 개별적인 신호를 결합함으로써 도출되는 임의의(arbitrary) 신호를 더 포함할 수 있다.
WO 2014/097181 A1에 따른 개시와 유사한 제 1 실시양태에서, 횡방향 광학 센서는, 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 하나 이상의 광전지 물질을 갖는 광 검출기일 수 있으며, 이때 상기 광전지 물질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립된다. 따라서, 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 광 검출기, 예컨대 하나 이상의 유기 광 검출기, 가장 바람직하게는, 하나 이상의 염료-감응형 유기 태양 전지(DSC, 또한 염료 태양 전지로 지칭됨), 예컨대 하나 이상의 고체 염료-감응형 유기 태양 전지(s-DSCs)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 검출기는 하나 이상의 횡방향 광학 센서로서 작용하는 하나 이상의 하나 이상의 DSC(예컨대 하나 이상의 sDSC) 및 하나 이상의 종방향 광학 센서로서 작용하는 하나 이상의 DSC(예컨대 하나 이상의 sDSC)를 포함할 수 있다.
이러한 공지된 실시양태와는 달리, 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서의 특히 바람직한 실시양태는 광 전도성 물질, 바람직하게는 무기 광 전도성 물질, 예컨대 전술 및/또는 후술되는 광 전도성 물질들 중 하나의 층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 광 전도성 물질의 층은, 특히 투명 전도성 산화물, 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 주석 옥사이드(SnO2:F; FTO), 또는 마그네슘 옥사이드(MgO), 또는 페로브스카이트 투명 전도성 옥사이드, SrVO3 또는 CaVO3, 또는 대안적으로 금속 나노와이어, 특히 Ag 나노와이어를 포함하는 하나 이상의 기판에 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있다. 그러나, 특히 원하는 투명 스펙트럼 범위에 따라 다른 물질도 가능할 수 있다. 특정 실시양태에서, 절연 물질, 반도체성 물질 또는 전기 전도성 물질을 포함하는 중간층이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 2 개 이상의 전극이 횡방향 광학 신호를 기록하기 위해 존재할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 2 개 이상의 전극은 실제로, 2 개 이상의 물리적 전극의 형태로, 바람직하게는 T 자 형태를 나타내는 형태로 배열될 수 있으며, 이때 각각의 물리적 전극은 전기 전도성 물질, 바람직하게는 금속성 전도성 물질, 보다 바람직하게는 고도의 금속성 전도성 물질, 예컨대 구리, 은, 금, 이러한 종류의 물질들을 포함하는 합금 또는 조성물, 또는 그래핀을 포함할 수 있다. 여기서, 2 개 이상의 물리적 전극 각각은, 특히, 예컨대 광학 센서와 평가 장치 사이의 수송 경로에서 추가적인 저항으로 인해 가능한 한 적은 손실로 종방향 센서 신호를 수득하기 위해, 바람직하게는, 광학 센서의 광 전도성 층과 각각의 전극 사이의 직접적인 전기 접촉이 달성될 수 있는 방식으로 배열될 수 있다.
바람직하게는, 횡방향 광학 센서의 전극들 중 하나 이상은 2 개 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극일 수 있고, 이때 횡방향 광학 센서는 센서 영역을 가질 수 있고, 하나 이상의 횡방향 센서 신호는 센서 영역 내의 입사광 빔의 x- 및/또는 y-위치를 나타낼 수 있다. 센서 영역은, 대상물로 향하는 광 검출기의 표면일 수 있다. 센서 영역은 바람직하게는 광축에 수직하게 배향될 수 있다. 따라서, 횡방향 센서 신호는 횡방향 광학 센서의 센서 영역의 평면에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 위치를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 본원에서 사용되는 "부분 전극"이라는 용어는, 하나 이상의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 구성된, 바람직하게는 다른 부분 전극과는 독립적인, 복수의 전극들 중의 전극을 지칭한다. 따라서, 복수의 부분 전극이 제공되는 경우, 각각의 전극은 2 개 이상의 부분 전극을 통해 복수의 전위 및/또는 전류 및/또는 전압을 제공하도록 구성되며, 이는 독립적으로 측정 및/또는 사용될 수 있다.
횡 방향 광학 센서는 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 2 개의 수평 부분 전극을 통한 전류의 비율을 형성하여 x-좌표를 생성하고/하거나 수직 부분 전극에 흐르는 전류의 비율을 형성하여 y-좌표를 생성할 수 있다. 검출기, 바람직하게는 횡방향 광학 센서 및/또는 평가 장치는, 부분 전극을 통한 전류의 하나 이상의 비율로부터 대상물의 횡방향 위치에 관한 정보를 도출하도록 구성될 수 있다. 부분 전극을 통해 전류를 비교하여 위치 좌표를 생성하는 다른 방법도 가능한다.
부분 전극은 일반적으로, 센서 영역에서 광 빔의 위치를 결정하기 위해 다양한 방법으로 정의될 수 있다. 따라서, 수평 좌표 또는 x-좌표를 결정하기 위해 2 이상의 수평 부분 전극이 제공될 수 있고, 수직 좌표 또는 y-좌표를 결정하기 위해 2 이상의 수직 부분 전극이 제공될 수 있다. 따라서, 부분 전극은 센서 영역의 테두리(rim)에 제공될 수 있으며, 이때 센서 영역의 내부 공간은 자유롭게(free) 남아 있고 하나 이상의 추가 전극 물질에 의해 덮일 수 있다. 이후 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 추가 전극 물질은 바람직하게는, 투명 금속 및/또는 투명 전도성 산화물 및/또는 가장 바람직하게는 투명 전도성 중합체와 같은 추가의 투명 전극 물질일 수 있다.
전극들 중 하나가 3 개 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극인 횡방향 광학 센서를 사용함으로써, 부분 전극을 통한 전류는 센서 영역에서 광 빔의 위치에 의존할 수 있다. 이것은 일반적으로, 오옴(Ohmic) 손실 또는 저항 손실(resistive loss)이 부분 전극으로의 충돌 광에 기인한 전하 생성 위치로부터 도중에 발생할 수 있다는 사실에 기인할 수 있다. 따라서, 부분 전극 이외에, 분할 전극은 부분 전극에 연결된 하나 이상의 추가 전극 물질을 포함할 수 있으며, 이때 하나 이상의 추가 전극 물질은 전기 저항을 제공한다. 따라서, 전하의 생성 위치로부터 도중에 하나 이상의 추가 전극 물질을 통한 부분 전극까지의 오옴 손실로 인해, 부분 전극을 통한 전류는 전하의 생성 위치에 의존하고, 따라서 센서 영역에서의 광 빔의 위치로 이동한다. 센서 영역에서 광 빔의 위치를 결정하는 이러한 원리에 대한 상세한 설명은 하기 바람직한 실시양태 및/또는 WO 2014/097181 A1 및 그 내부의 각각의 참고 문헌에 개시된 물리적 원리 및 장치 옵션을 참조할 수 있다.
따라서, 횡방향 광학 센서는, 바람직하게는 대상물로부터 검출기로 진행하는 광 빔에 대해 투명할 수 있는 센서 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서는 x- 및/또는 y-방향과 같은 하나 이상의 횡방향에서 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치는, 종방향 광학 센서의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 대상물의 횡방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 추가 실시양태는 대상물로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 특성을 언급한다. 본원에 사용된 용어 "광"은 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 여기서, 이 출원일의 유효한 버전인 표준 ISO-21348에 부분적으로 따르면, 가시 스펙트럼 범위는 일반적으로 380 nm 내지 760 nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선(IR) 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 760 nm 내지 1000 μm의 범위의 전자기 방사선을 말하며, 760 nm 내지 1.4 μm의 범위는 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위로 보통 표시되며, 15 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위는 원적외선(FIR) 스펙트럼 범위로서 표시된다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1 nm 내지 380 nm, 바람직하게는 100 nm 내지 380 nm의 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시 광선, 즉 가시 스펙트럼 범위의 광이다.
용어 "광 빔"은 일반적으로, 특정 방향으로 방출된 상당한 양의 광을 지칭한다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 대해 수직인 방향으로 사전결정된 확장을 갖는 광 선(light ray)들의 묶음(bundle)일 수 있다. 바람직하게, 광 빔은 빔 웨이스트(beam waist), 레일리 길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 공간에서의 빔 직경 및/또는 빔 전파의 전개를 특징화하기에 적합한 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상과 같이, 하나 이상의 가우스(Gaussian) 빔 파라미터에 의해 특징화될 수 있는 하나 이상의 가우스 광 빔이거나 또는 그것을 포함할 수 있다.
광 빔은 대상물 자체에 의해 허용될 수 있다(즉, 대상물로부터 나올 수 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 광 빔의 다른 근원(origin)이 가능하다. 따라서, 이하에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 하나 이상의 기본 광선(primary ray) 또는 광 빔, 예를 들면 사전결정된 특성을 갖는 하나 이상의 기본 광선 또는 광 빔을 사용하여, 대상물을 조명하는 하나 이상의 조명원이 제공될 수 있다. 후자의 경우, 대상물로부터 검출기로 전파되는 광 빔은 대상물 및/또는 대상물에 연결된 반사 장치에 의해 반사되는 광 빔일 수 있다.
또한, 검출기는, 광학 렌즈, 특히 하나 이상의 굴절 렌즈, 특히 볼록 렌즈 또는 양면 볼록 렌즈 및/또는 하나 이상의 볼록 거울과 같은 집광하는 얇은 굴절 렌즈와 같은 하나 이상의 전달 장치를 포함할 수 있으며, 이는 공통 광축을 따라 추가로 배열될 수 있다. 가장 바람직하게는, 대상물로부터 나오는 광 빔은 이 경우에 하나 이상의 전달 장치를 통해 먼저 이동한 다음, 최종적으로 이미지화 장치에 충돌할 때까지 단일 투명 광학 센서 또는 투명 광학 센서의 스택을 통과할 수 있다. 본원에서 사용되는 "전달 장치"라는 용어는, 대상물로부터 나오는 하나 이상의 광 빔을 검출기 내의 광학 센서로 전달하도록 구성될 수 있는 광학 요소를 말한다. 따라서, 전달 장치는 대상물로부터 검출기로 전파하는 광을 광학 센서로 공급하도록 설계될 수 있으며, 이 공급은 임의적으로 이미지화에 의해, 또는 전달 장치의 비-이미지화 특성에 의해 수행될 수 있다. 특히, 전달 장치는 전자기 방사선이 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 방사선을 수집하도록 설계될 수 있다.
또한, 하나 이상의 전달 장치는 이미지화 특성을 가질 수 있다. 결과적으로, 전달 장치는 하나 이상의 이미지화 소자, 예를 들어 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 곡면 거울을 포함하는데, 이는 이러한 이미지화 소자의 경우, 예를 들어 센서 영역상의 조명의 기하학적 형상이 전달 장치와 대상물 간의 상대 위치, 예를 들어 거리에 의존적일 수 있기 때문이다. 본원에서 사용되는 전달 장치는, 대상물로부터 나오는 전자기 방사선이 센서 영역으로 완전히 전달되도록 설계될 수 있으며, 예를 들어, 특히 대상물이 검출기의 가시 범위에 배열되는 경우 센서 영역에 완전히 집속되도록 설계될 수 있다.
일반적으로, 검출기는 하나 이상의 이미지화 장치, 즉, 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있는 장치를 더 포함할 수 있다. 이미지화 장치는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 이미지화 장치는 예를 들면, 검출기 하우징에서의 검출기의 일부일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 이미지화 장치는 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들면, 분리된 이미지화 장치로서 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이미지화 장치는 또한 검출기에 접속될 수 있고, 또는 심지어 검출기의 일부일 수 있다. 바람직한 배열에서, 이미지화 장치 및 투명 종방향 광학 센서들의 적층체가, 광 빔이 따라서 이동하는 공통 광학 축을 따라 정렬된다. 따라서, 광 빔이 투명 종방향 광학 센서들의 적층체를 통해, 그것이 이미지화 장치 상에 부딪힐 때까지 이동하는 방식으로, 이미지화 장치를 광 빔의 광학적 경로에 위치시킬 수 있다. 그러나, 다른 배열들이 가능하다.
본원에서 "이미지화 장치"는 일반적으로, 대상물 또는 이의 일부의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 수 있는 장치로서 이해된다. 따라서, 하나 이상의 임의적인 이미지화 장치를 갖거나 또는 갖지 않는 검출기가, IR 카메라 또는 RGB 카메라와 같은 카메라, 즉, 3개의 분리된 접속 상에 적색, 녹색 및 청색으로서 지정되는 3개의 기본 컬러를 전달하도록 설계되는 카메라로서 완전하게 또는 부분적으로 이용될 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 이미지화 장치는 픽셀화된(pixelated) 유기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀화된 유기 카메라 칩; 픽셀화된 무기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀화된 무기 카메라 칩, 더욱 바람직하게는 CCD- 또는 CMOS-칩; 흑백 카메라 요소, 바람직하게는 흑백 카메라 칩; 멀티컬러 카메라 요소, 바람직하게는 멀티컬러 카메라 칩; 풀-컬러 카메라 요소, 바람직하게는 풀-컬러 카메라 칩으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 이미지화 장치이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 이미지화 장치는 흑백 이미지화 장치, 다색(multi-chrome) 이미지화 장치 및 하나 이상의 전색 이미지화 장치로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 장치이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 다색 이미지화 장치 및/또는 풀 컬러 이미지화 장치는, 당업자라면 인식할 수 있듯이, 필터 기술을 이용하고/하거나 고유 컬러 감도 또는 다른 기술을 이용함으로써 생성될 수 있다. 특히 전술한 바와 같은 횡방향 광학 센서와 대조적으로, 영상 장치는 일반적으로 투명한 광학 특성을 나타낼 수 있다. 이미지화 장치의 다른 실시양태들이 또한 구현가능하다.
이미지화 장치는 대상물의 복수의 부분 영역을 연속적으로 및/또는 동시에 이미지화하도록 설계될 수 있다. 예로서, 대상물의 부분 영역은 예를 들면, 이미지화 장치의 해상도 제한에 의해 구분되며, 그로부터 전자기 복사선이 발생하게 되는, 대상물의 1차원, 2차원 또는 3차원 영역일 수 있다. 이러한 문맥에서, 이미지화는 대상물의 각각의 부분 영역으로부터 발생되는 전자기 복사선이, 예를 들면, 대상물의 하나 이상의 임의적인 전송 장치에 의해 이미지화 장치로 공급됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 전자기 광 빔은 대상물 자체에 의해, 예를 들면, 발광 복사선(luminescent radiation)의 형태로 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 검출기는 대상물을 조명하기 위한 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다.
특히, 이미지화 장치는 예를 들면, 스캐닝 방법에 의해, 특히, 하나 이상의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 이용하여, 복수의 부분 영역을 순차적으로 순차 이미지화하도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태, 예를 들면, 복수의 부분 영역이 동시에 이미지화되는 실시양태가 또한 가능하다. 이미지화 장치는 대상물의 부분 영역의 이러한 이미지화 동안에, 부분적 영역과 관련된 신호, 바람직하게는 전자 신호를 생성하도록 설계된다. 신호는 아날로그 및/또는 디지털 신호일 수 있다. 예로서, 전자 신호는 각각의 부분 영역과 관련될 수 있다. 그에 따라, 전자 신호는 동시에 또는 시간적으로 시차를 둔 방식으로 생성될 수 있다. 예로서, 행 스캔 또는 라인 스캔 동안에, 예를 들면, 라인에서 함께 스트링되는 대상물의 부분 영역에 대응하는 전자 신호들의 순서를 생성할 수 있다. 더욱이, 이미지화 장치는 전자 신호를 처리 및/또는 예비처리하기 위한 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털 변환기와 같은, 하나 이상의 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.
대상물로부터 나오는 광은 대상물 자체에서 발생될 수 있지만, 또한 임의적으로 상이한 근원을 갖고, 이러한 근원으로부터 대상물로, 그리고 후속적으로 광학 센서 쪽으로 전파될 수 있다. 후자의 경우는, 예를 들면, 이용되는 하나 이상의 조명원에 의해 행해질 수 있다. 조명원은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 조명원은 예를 들면, 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 하나 이상의 조명원은 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들면, 분리된 광원로서 배열될 수 있다. 조명원은 대상물로부터 분리되어 배열될 수 있고, 소정의 거리로부터 대상물을 조명할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조명원은 또한 대상물에 접속되거나 또는 대상물의 일부일 수 있으므로, 예로서, 대상물로부터 나오는 전자기 복사선이 또한 조명원에 의해 직접적으로 생성될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 조명원은 대상물 상에 및/또는 내에 배열될 수 있고, 센서 영역을 조명하는 전자기 복사선을 직접 생성할 수 있다. 이러한 조명원은 예를 들면, 환경 광원이거나 또는 그것을 포함할 수 있고/있거나 인공적인 조명원이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 적외선 방출체(emitter) 및/또는 가시 광을 위한 하나 이상의 방출체 및/또는 자외선 광을 위한 하나 이상의 방출체가 대상물 상에 배열될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 발광 다이오드 및/또는 하나 이상의 레이저 다이오드가 대상물 상에 및/또는 내에 배열될 수 있다. 조명원은 특히 하나 또는 복수의 이하의 조명원, 즉, 레이저, 특히 레이저 다이오드(비록 원칙적으로는, 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 유형의 레이저가 이용될 수도 있음); 발광 다이오드; 백열등(incandescent lamp); 네온 광; 화염원; 열원; 유기 광원, 특히 유기 발광 다이오드; 구조화된 광원; 회절 광학 요소를 포함하는 광원, 미세-거울 장치를 포함하는 광원, 예컨대 디지털 프로세서(DLP)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 조명원이 또한 이용될 수 있다. 조명원이, 적어도 대략적으로 예를 들면, 많은 레이저에서의 경우인 가우스 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 설계되는 것이 특히 바람직하다. 임의적 조명원의 다른 잠재적인 예에 대해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호 중 하나를 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 가능하다.
하나 이상의 임의적 조명원은 일반적으로, 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 200 nm 내지 380 nm의 범위에 있는 것; 가시 스펙트럼 범위(380 nm 내지 780 nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 780 nm 내지 3.0μm의 범위에 있는 것 중 하나 이상에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게, 하나 이상의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게 500 nm 내지 780 nm의 범위에서, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm 또는 690 nm 내지 700 nm에서 광을 방출하도록 구성된다. 본원에서, 조명원이 종방향 센서의 스펙트럼 감도와 관련될 수 있는 스펙트럼 범위를, 특히, 각각의 조명원에 의해 조명될 수 있는 종방향 센서가 충분한 신호-대-노이즈 비를 갖는 고해상도 평가를 가능하게 할 수 있는 높은 강도를 갖는 센서 신호를 제공할 수 있도록 보장하는 방식으로 나타낼 수 있을 때 특히 바람직하다.
또한, 상기 검출기는 조명을 변조하기 위한, 특히, 주기적인 변조를 위한 하나 이상의 변조 장치, 특히, 주기적 빔 중단 장치를 가질 수 있다. 조명의 변조는 조명의 총 파워가 특히 하나 또는 복수의 변조 주파수로 바람직하게는 주기적으로 변하는 공정을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 주기적 변조는 조명의 총 파워의 최대값과 최소값 사이에서 실시될 수 있다. 최소값은 0일 수 있지만, 또한 0 초과일 수 있어서, 예로서, 완전한 변조가 실시될 필요가 없을 수 있다. 변조는 예를 들어, 대상물과 광학 센서 사이에서의 빔 경로에서, 예를 들면, 그러한 빔 경로에 배열되는 하나 이상의 변조 장치에 의해 실시될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 변조는 또한 대상물을 조명하기 위한 임의적 조명원(이하에 보다 상세히 기술됨)과 대상물 사이의 빔 경로에서, 예를 들면, 그러한 빔 경로에 배열되는 하나 이상의 변조 장치에 의해 실시될 수 있다. 이들 가능성들의 조합이 또한 고려될 수 있다. 하나 이상의 변조 장치는 예를 들면, 빔 초퍼(beam chopper), 또는 예를 들면, 바람직하게 일정한 속도에서 회전하고, 따라서 조명을 주기적으로 인터럽트할 수 있는 하나 이상의 인터럽터 블레이드(interrupter blade) 또는 인터럽터 휠을 포함하는 일부 다른 유형의 주기적 빔 중단 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 하나 또는 복수의 상이한 유형의 변조 장치, 예를 들면, 전기 광학(electro-optical) 효과 및/또는 음향 광학(acousto-optical) 효과에 기초한 변조 장치를 이용할 수도 있다. 역시, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 임의적 조명원 자신은 예를 들면, 변조된 강도 및/또는 총 파워, 예를 들면, 주기적으로 변조된 총 파워를 갖는 조명원 자신에 의해, 및/또는 펄스형 조명원로서, 예를 들면, 펄스형 레이저로서 구현되는 조명원에 의해, 변조된 조명을 생성하도록 또한 설계될 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 변조 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 조명원 내에 통합될 수도 있다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있다.
따라서, 상기 검출기는 특히 상이한 변조들의 경우에 2개 이상의 센서 신호, 특히, 각각의 상이한 변조 주파수들에서 2개 이상의 종방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 상기 평가 장치는 2개 이상의 종방향 센서 신호로부터 기하학적 정보를 생성하도록 설계될 수 있다. 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호에 기술된 바와 같이, 모호성을 해결하고/하거나, 예를 들면, 조명의 총 파워가 일반적으로 공지되지 않는다는 사실을 고려할 수 있다. 예로서, 검출기는 대상물 및/또는 0.1 Hz 내지 10 kHz와 같은 0.05 Hz 내지 1 MHz의 주파수를 이용한, 하나 이상의 광학 센서의 하나 이상의 센서 범위와 같은 검출기의 하나 이상의 센서 영역의 조명의 변조를 유발하도록 설계될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 목적을 위해, 검출기는 하나 이상의 임의적 조명원 내에 통합될 수 있고/있거나 조명원과는 독립적일 수 있는 하나 이상의 변조 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 조명원은 저절로 조명의 변조를 생성하도록 구성될 수 있고/있거나, 하나 이상의 전기 광학 장치 및/또는 하나 이상의 음향 광학 장치와 같이, 하나 이상의 초퍼 및/또는 변조된 전달성을 갖는 하나 이상의 장치와 같은 하나 이상의 독립적인 변조 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이는, 전술된 바와 같은 광학적 검출기에 하나 이상의 변조 주파수를 적용하는데 유리할 수 있다. 그러나, 상기 광학적 검출기에 변조 주파수를 적용하지 않고, 종방향 센서 신호를 직접 결정하는 것이 여전히 가능할 수 있다. 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 많은 관련 상황 하에서는, 대상물에 대한 목적하는 종방향 정보를 획득하는데 변조 주파수의 적용이 필요하지 않을 수 있다. 따라서, 결과적으로, 상기 광학적 검출기는, 단순하고 비용-효율적인 구성의 공간 검출기에 추가로 기여할 수 있는 변조 장치를 포함하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 다른 결과로서, 공간적 광 변조기는 주파수-다중화(freuency-multiplexing) 모드보다는 시간-다중화(time-multiplexing) 모드, 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 선행 실시양태 중 임의의 것에 따른 2 개 이상의 개별 검출기, 바람직하게는 2 개의 개별 위치에 배치될 수 있는 2 개 또는 3 개의 개별 광학 센서를 포함하는 어레인지먼트(arrangement)가 제안된다. 여기서, 2 개 이상의 검출기는 바람직하게는 동일한 광학 특성을 가질 수 있지만, 서로에 대해 상이 할 수도 있다. 또한, 상기 어레인지먼트는 하나 이상의 조명원을 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 대상물은 1 차 광을 생성하는 하나 이상의 조명원을 사용함으로써 조명될 수 있으며, 이때 상기 하나 이상의 대상물은 상기 1 차 광을 탄성적으로 또는 비탄성적으로 반사하여, 2 개 이상의 검출기 중 하나에 전파되는 복수의 광 빔을 생성한다. 하나 이상의 조명원은 2 개 이상의 검출기 각각의 구성 부(constituent part)를 형성할 수도 있고 형성하지 않을 수도있다. 예로서, 하나 이상의 조명원 자체는 주변 광원일 수 있거나 이를 포함할 수 있고/있거나 인공 조명원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이 실시양태는 바람직하게는, 2 개 이상의 검출기, 바람직하게는 2 개의 동일한 검출기가 깊이 정보를 획득하기 위해, 특히 단일 검출기의 고유 측정 부피를 확장시키는 측정 부피를 제공하기 위해 사용되는 적용례에 적합하다.
이와 관련하여, 개별 광학 센서는 바람직하게는 다른 개별 광학 센서에 의해 취해진 이미지와 다를 수 있는 개별 이미지를 획득 할 수 있도록 검출기에 포함된 다른 개별 광학 센서로부터 이격될 수 있다. 특히, 개별 광학 센서는 단일의 원형 3 차원 이미지를 생성하기 위해 시준된 어레인지먼트(collimated arrangement)로 별개의 빔 경로에 배열될 수 있다. 따라서, 개별 광학 센서는, 광축에 평행하게 위치하는 방식으로 정렬될 수 있으며, 또한 검출기의 광축에 수직인 방위로 개별적인 변위를 나타낼 수 있다. 여기서, 정렬은 개별 광학 센서 및/또는 대응하는 전달 요소의 위치 및 방위를 조정하는 것과 같은 적절한 측정에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 두 개의 개별적인 광학 센서는 바람직하게는, 깊이 정보의 인식을 생성 또는 증가시킬 수 있는 방식으로, 특히 깊이 정보가 중첩하는 시야를 갖는 2개의 개별 광학 센서로부터 도출된 시각 정보, 예컨대 양안시(binocular vision)에 의해 수득된 시각 정보를 조합함에 의해 수득될 수 있는 방식으로 이격될 수 있다. 이 목적을 위해, 개별 광학 센서는, 바람직하게는 광축에 수직한 방향으로 결정될 때, 1cm 내지 100cm, 바람직하게는 10cm 내지 25cm의 거리만큼 서로 이격될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이,이 실시양태에서 제공되는 검출기는 특히 이하에서 보다 상세히 설명될 "입체 시스템"의 일부일 수 있다. 입체 비전(stereoscopic vision)을 허용하는 것 외에도, 주로 하나 초과의 광학 센서의 사용에 기초하는 입체 시스템의 추가의 특별한 이점은 총 강도의 증가 및/또는 보다 낮은 검출 임계치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 사용자와 기계간에 하나 이상의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 제안된다. 제안된 인간-기계 인터페이스는, 위에서 언급한 또는 이후에 추가로 상세히 언급되는 실시양태들 중 하나 이상에서의 전술된 검출기가, 정보 및/또는 명령을 기계에 제공하기 위해 하나 이상의 사용자에 의해 사용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 인간-기계 인터페이스는 제어 명령을 입력하는데 사용될 수 있다.
인간-기계 인터페이스는, 본 발명에 따른, 예컨대 상기 실시양태들 중 하나 이상 및/또는 하기에 더 상세히 개시되는 실시양태들 중 하나 이상에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하며, 여기서 인간-기계 인터페이스는 검출기에 의해 사용자의 기하학적 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되며, 인간-기계 인터페이스는 기하학적 정보를 하나 이상의 정보 항목, 특히 하나 이상의 제어 명령에 할당하도록 설계된다.
본 발명의 추가 양태에서, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 본원에 사용되는, 엔터테인먼트 장치는 하나 이상의 사용자의 여가 및/또는 오락의 목적을 달성할 수 있는 장치이며, 이하에서 하나 이상의 플레이어라고도 한다. 예로서, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임의 목적을 수행할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 엔터테인먼트 장치는 일반적으로 운동, 스포츠, 물리 치료 또는 운동 추적과 같은 다른 목적으로 사용될 수도 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있거나 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 장치는, 본 발명에 따른, 예컨대 상기 실시양태들 중 하나 이상 및/또는 하기에 더 상세히 개시되는 실시양태들 중 하나 이상에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스를 통해 플레이어가 하나 이상의 정보를 입력할 수 있도록 설계된다. 하나 이상의 정보 항목은 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 의해 전송되고/되거나 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하나 이상의 이동가능한 대상물의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 본원에서 사용되는 추적 시스템은, 하나 이상의 대상물 또는 대상물의 적어도 일부의 일련의 과거 위치에 관한 정보를 모으도록 구성된 장치이다. 또한, 추적 시스템은 하나 이상의 대상물 또는 대상물의 적어도 일부의 하나 이상의 예측되는 미래 위치에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 전자 장치, 바람직하게는 하나 이상의 데이터 처리 장치, 보다 바람직하게는 하나 이상의 컴퓨터 또는 마이크로제어기로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있는 하나 이상의 트랙 제어기를 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 트랙 제어기는 하나 이상의 평가 장치를 포함할 수 있고/있거나 하나 이상의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나 하나 이상의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
추적 시스템은 본 발명에 따른, 예컨대 상기 실시양태들 중 하나 이상 및/또는 하기에 더 상세히 개시되는 실시양태들 중 하나 이상에 개시된 하나 이상의 검출기와 같은, 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 하나 이상의 트랙 제어기를 추가로 포함한다. 추적 시스템은 1 개 또는 2개 이상의 검출기, 특히 2 개 이상의 검출기 사이의 중첩 부피에서 하나 이상의 대상물에 대한 깊이 정보의 신뢰성있는 획득을 허용하는 두 개 이상의 동일한 검출기를 포함할 수 있다. 트랙 제어기는 대상물의 일련의 위치를 추적하도록 구성되며, 각각의 위치는 특정 시점에서 대상물의 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 포함한다.
상기 추적 시스템은 대상물에 연결가능한 하나 이상의 비콘(beacon) 장치를 추가로 포함할 수 있다. 비콘 장치의 잠재적인 정의를 위해, WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 상기 추적 시스템은 바람직하게는, 상기 검출기가 상기 하나 이상의 비콘 장치의 대상물의 위치에 대한 정보를 생성할 수 있도록, 특히 특정 스펙트럼 감수성을 나타내는 특정 비콘 장치를 포함하는 대상물의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된다. 따라서, 상이한 스펙트럼 감수성을 나타내는 하나 초과의 비콘은 바람직하게는 동시 방식으로 본 발명의 검출기에 의해 추적될 수 있다. 여기서, 비콘 장치는, 능동 비콘 장치 및/또는 수동 비콘 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 예로서, 비콘 장치는 검출기로 전송될 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사시키도록 구성된 하나 이상의 반사기를 포함할 수 있으며, 이에 의해 검출기로 전송될 반사된 광 빔을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 본원에서, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면에 위치하는 하나 이상의 점을 조명하도록 및 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 빔을 방출하도록 구성된 장치이다. 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하기 위하여, 상기 스캐닝 시스템은 본 발명에 따른 검출기 중 하나 이상, 예를 들어, 상기 열거되는 실시양태 중 하나 이상에 개시되고/되거나 하기 실시양태 중 하나 이상에 개시된 검출기 중 하나 이상을 포함한다.
따라서, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면에 위치하는 하나 이상의 점을 조명하도록 구성된 하나 이상의 광 빔을 방출하도록 구성된 조명원을 하나 이상 포함한다. 본원에서 용어 "점"은, 예를 들어 스캐닝 시스템의 사용자에 의해, 조명원에 의해 조명되도록 선택될 수 있는 대상물의 표면의 일부 상의 작은 영역을 지칭한다. 바람직하게는, 점은, 한편으로는, 상기 스캐닝 시스템으로 구성된 조명원과 대상물의 표면의 일부(여기에 점이 가능한 정확히 위치될 수 있음) 사이의 거리에 대한 값을 상기 스캐닝 시스템이 결정하기 위해 가능한 작을 수 있는 크기, 다른 한편으로는, 상기 스캐닝 시스템의 사용자 또는 상기 스캐닝 시스템 자체가, 특히 자동 절차에 의해, 대상물의 표면의 관련 부분 상의 점의 존재를 검출하도록 하기 위해 가능한 클 수 있는 크기를 나타낼 수 있다.
이를 위하여, 상기 조명원은 인공 조명원, 특히 하나 이상의 레이저 공급원 및/또는 하나 이상의 백열등 및/또는 하나 이상의 반도체 광원, 예를 들어, 하나 이상의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 조명원으로서 하나 이상의 레이저 공급원을 사용하는 것이, 이의 일반적으로 한정된 빔 프로파일 및 취급성으로 인해 특히 바람직하다. 본원에서는, 사용자에 의해 용이하게 저장가능하고 수송가능할 수 있는 컴팩트(compact) 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요할 수 있는 경우, 단일 레이저 공급원의 사용이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 상기 조명원은 바람직하게는 상기 검출기의 구성요소 부분일 수 있고, 따라서, 특히 상기 검출기 내로, 예를 들어 상기 검출기의 하우징 내로 통합될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 예를 들어 읽기 쉬운 방식으로, 사용자에게 거리-관련 정보를 제공하도록 구성된 하나 이상의 디스플레이를 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 예를 들어 하나 이상의 작동 모드를 설정하기 위한, 상기 스캐닝 시스템과 관련된 하나 이상의 기능을 조작하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 버튼을 추가로 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 상기 스캐닝 시스템을, 예를 들어, 특히 거리 측정의 정확성 및/또는 사용자에 의한 상기 스캐닝 시스템의 취급성을 증가시키기 위한 다른 표면(예컨대, 고무 발, 베이스 플레이트 또는 벽 홀더, 예를 들어 자기 물질을 포함하는 플레이트 또는 홀더)에 고정하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 고정(fastening) 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
이에 따라, 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 대상물의 표면에 위치하는 단일 점을 조명하도록 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 본 발명에 따른 검출기 중 하나 이상을 사용하여, 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성할 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 예를 들어 상기 하나 이상의 검출기로 구성된 평가 장치를 사용하여, 상기 스캐닝 시스템으로 구성된 조명 시스템과 상기 조명원에 의해 생성되는 단일 점 사이의 거리가 결정될 수 있다. 그러나, 상기 스캐닝 시스템은, 특히 이를 위하여 구성될 수 있는 추가적인 평가 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 스캐닝 시스템, 특히 상기 스캐닝 시스템의 하우징의 크기를 고려할 수 있으며, 이에 따라, 상기 스캐닝 시스템의 하우징의 특정 지점(예컨대, 상기 하우징의 전면 모서리 또는 후면 모서리)과 상기 단일 점 사이의 거리가 대안적으로 결정될 수 있다.
대안적으로, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 2개의 개별적인 빔의 방출 거리 사이의 각각의 각도(예컨대, 직각) 제공하여, 동일한 대상물의 표면 또는 2개의 별도의 대상물의 2개의 상이한 표면에 위치하는 2개의 각각의 점이 조명될 수 있도록 구성될 수 있는 2개의 개별적인 레이저 빔을 방출할 수 있다. 그러나, 2개의 개별적인 레이저 빔들 간의 각각의 각도에 대한 다른 값이 또한 가능할 수 있다. 이러한 특징은 특히 간접 측정 기능을 위해, 예를 들어, 상기 스캐닝 시스템과 상기 점 사이에 하나 이상의 장애물의 존재로 인해 직접 접근가능할 수 없거나 달리 도달하기 어려울 수 있는 간접 거리를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 예로서, 2개의 개별적인 거리를 측정하고, 피타고라스 식을 이용하여 높이를 유도함으로써, 대상물의 높이에 대한 값을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 대상물에 대한 사전정의된 수준을 유지할 수 있도록, 상기 스캐닝 시스템은, 사용자에 의해 사전정의된 수준을 유지하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 레벨링(leveling) 유닛, 특히 통합된 버블 바이알을 추가로 포함할 수 있다.
다른 대안으로서, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 서로에 대해 각각의 피치(pitch)를 나타낼 수 있고 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면 상에 위치하는 점들의 어레이를 생성하도록 하는 방식으로 배열될 수 있는 복수개의 개별적인 레이저 빔, 예컨대 레이저 빔들의 어레이를 방출할 수 있다. 이를 위하여, 전술된 레이저 빔들의 어레이의 생성을 허용할 수 있는 특수하게 구성된 광학 요소(예컨대 빔-분할 장치 및 거울)가 제공될 수 있다.
따라서, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면 상에 배치된 하나 이상의 점들의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 상기 스캐닝 시스템의 조명원, 특히 하나 이상의 레이저 빔, 예컨대 전술된 레이저 빔들의 어레이는, 시간에 걸쳐 다른 강도를 나타낼 수 있고/있거나 시간 경과시 교대 방향으로 방출될 수 있는 하나 이상의 광 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 조명원은, 상기 스캐닝 장치의 하나 이상의 조명원에 의해 생성되는 교대 특징을 갖는 하나 이상의 광 빔을 사용하여, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면의 일부를 이미지로서 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 특히, 상기 스캐닝 시스템은, 예를 들어 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하기 위해, 하나 이상의 열(row) 스캐닝 및/또는 라인 스캐닝을 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 단일 원형 3 차원 이미지를 생성하기 위한 입체 시스템이 제공된다. 본원에 사용된 바와 같이, 상기 및/또는 이하에 개시된 입체 시스템은, 종방향 광학 센서로서 FiP 센서들 중 적어도 2 개를 포함할 수 있으며, 제 1 FiP 센서는 추적 시스템, 특히 본 발명에 따른 추적 시스템에 포함될 수 있으며, 제 2 FiP 센서는 스캐닝 시스템, 특히 본 발명에 따른 스캐닝 시스템에 포함될 수 있다. 여기서, FiP 센서는 바람직하게는, 광축에 평행하고 입체 시스템의 광축에 수직으로 개별적으로 변위된 FiP 센서를 정렬시킴으로써, 시준된 어레인지먼트 내의 별도의 빔 경로에 배열될 수 있다. 따라서, FiP 센서는, 특히 중첩된 시야를 가지며, 바람직하게는 개별 변조 주파수에 민감한 개별 FiP 센서로부터 도출된 시각 정보의 조합에 의해 깊이 정보를 수득함으로써, 깊이 정보의 인식을 생성 또는 증가시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해, 개별적인 FiP 센서는 바람직하게는 광축에 수직인 방향으로 결정될 때 1cm 내지 100cm, 바람직하게는 10cm 내지 25cm의 거리만큼 서로 이격될 수 있다. 따라서, 이러한 바람직한 실시양태에서, 따라서, 추적 시스템은 변조된 활성 타겟의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있는 반면, 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면 상에 하나 이상의 점를 투영하도록 구성된 스캐닝 시스템은 하나 이상의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 입체 시스템은 본원의 다른 곳에서 기술된 바와 같이 이미지 내의 하나 이상의 대상물의 횡방향 위치에 관한 정보 항목을 생성하도록 구성된 별도의 위치 감지 장치를 추가로 포함할 수 있다.
입체 시야를 허용하는 것 외에, 하나 초과의 종방향 광학 센서의 사용에 주로 기초하는 입체 시스템의 추가의 특별한 이점은 특히, 총 강도의 증가 및/또는 보다 낮은 검출 임계치를 포함할 수 있다. 또한, 2 개 이상의 통상의 위치 감지 장치를 포함하는 통상의 입체 시스템에서, 각각의 이미지에서의 대응 픽셀은 2 개 이상의 FiP 센서를 포함하는 본 발명에 따른 입체 시스템에서 상당한 계산적 노력을 적용하여 결정되어야 하는 반면에, FiP 센서(각각의 FiP 센서는 다른 변조 주파수로 작동될 수 있음)를 사용하여 기록되는 각각의 이미지에서의 대응 픽셀은 서로에 대해 명백하게 서로에 대해 할당될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 입체 시스템은 감소된 노력으로 대상물의 횡방향 위치뿐만 아니라 대상물의 길이 방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성할 수 있다는 것을 강조할 수 있다.
입체 시스템의 더 상세한 설명을 위해, 각각 추적 시스템 및 스캐닝 시스템의 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 하나 이상의 대상물을 이미지화하는 카메라가 개시된다. 카메라는 전술된 또는 더욱 상세하게 후술되는 실시양태들 중 하나 이상에 개시되는 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 따라서, 검출기는 사진 장치, 특히 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 특히, 검출기는 3D 사진 촬영, 특히 디지털 3D 사진 촬영에 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본원에서 사용되는 "사진 촬영"이란 용어는, 일반적으로 하나 이상의 대상물의 이미지 정보를 취득하는 기술을 말한다. 본원에서 추가로 사용되는 "카메라"는 일반적으로 사진 촬영을 수행하기에 적합한 장치이다. 본원에서 추가로 사용되는 "디지털 사진 촬영"이라는 용어는 일반적으로 조명의 강도, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 나타내는 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 감광(light-sensitive) 요소를 사용함으로써 하나 이상의 대상물의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "3D 사진 촬영"이라는 용어는 일반적으로, 3 개의 공간 차원에서 하나 이상의 대상물의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 사진 촬영을 수행하기에 적합한 장치이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지와 같은 단일 이미지를 획득하기 위해 구성될 수 있거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 카메라는 또한, 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 것과 같은 비디오 적용례에 적합한 비디오 카메라일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한, 하나 이상의 대상물을 이미지화하는 카메라, 특히 디지털 카메라, 보다 구체적으로는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 본원에서 사용되는 이미지화라는 용어는 일반적으로 하나 이상의 대상물의 이미지 정보를 획득하는 것을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 상술된 바와 같이, 카메라는 단일 이미지를 획득하거나, 또는 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하기 위해, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게는 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 광학 센서의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은 바람직하게는 본 명세서의 다른 곳에서 보다 상세하게 개시된 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 광학 센서와 같이, 본 발명에 따른 하나 이상의 광학 센서를 제조 또는 생산하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 방법의 임의의 실시양태에 있어서, 광학 센서의 다양한 실시양태에 대한 설명이 참조될 수 있다.
상기 방법은 주어진 순서 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 다음 단계들을 포함한다. 또한, 나열되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수 있다. 달리 명시하지 않는 한, 방법 단계들 중 2 개 이상 또는 모두가 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 방법 단계들 중 2 개 이상 또는 모두가 2 회 또는 2 회 초과로 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은
a) 하나 이상의 광 전도성 물질 층을 제공하는 단계;
b) 그 후, 하나 이상의 금속-함유 화합물에 반응하도록 구성된 하나 이상의 전구체를 적용하여, 금속-함유 화합물이 광 전도성 물질의 층 상에 비정질 커버 층으로서 침착되는 단계; 및
c) 그 후, 비정질 커버 층을 열처리하는 단계
를 포함하되, 이때
상기 광 전도성 물질의 층과 전기적으로 접촉하는 2 개 이상의 전기 접촉부가 추가로 제공된다.
단계 a)에 따라, 하나 이상의 광 전도성 물질 층이 제공된다. 특히, 광 전도성 물질은 상기 제시된 바와 같은 광 전도성 물질의 목록으로부터 선택될 수 있다. 광 전도성 물질의 층의 제조에 관한 더 상세한 내용은 하기 도 3의 설명을 참조할 수 있다.
단계 b)에 따르면, 금속-함유 화합물에 반응하도록 구성된 하나 이상의 전구체가 후속적으로 광 전도성 물질의 층에 적용된다. 이에 의해, 하나 이상의 금속-함유 화합물이 광 전도성 물질 상에 비정질 커버 층으로서 침착된다. 상기한 바와 같이, 하나 이상의 금속-함유 화합물은 특히 금속을 포함할 수 있고, 이때 상기 금속은, 특히 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 금속 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf, 및 W가 특히 바람직하다. 특정 실시양태에서, 금속-함유 화합물은 대안적으로, B, Si, Ge, As, Sb 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택된 반금속 또는 메탈로이드를 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 금속-함유 화합물은 바람직하게는 산화물, 수산화물, 칼코게나이드, 닉타이드, 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 따라서, 특히 바람직한 실시양태에서, 하나 이상의 금속-함유 화합물은 Al, Ti, Zr 또는 Hf의 하나 이상의 산화물, 하나 이상의 수산화물 또는 이들의 조합으로부터 또는 Si의 질화물로부터 선택될 수 있다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 단계 b)는 1 회 이상, 바람직하게는 10 회 이상, 보다 바람직하게는 100 회 이상 반복한다. 여기서, 동일한 금속-함유 화합물에 반응하도록 구성된 동일한 전구체가 각각의 반복에서 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 2 개 이상의 인접한 층들이 라미네이트의 형태로 침착될 수 있다. 여기서, "라미네이트"라는 용어는, 인접한 층들이 이들의 각각의 조성에 대해 상이할 수 있는 침착 방식을 지칭할 수 있다. 결과적으로, 인접한 층들은 상이한 금속-함유 화합물을 포함할 수 있는 방식으로 상이할 수 있다. 대안적으로, 다른 종류의 화합물, 특히 금속 화합물, 중합체 화합물, 실리콘 화합물, 유리 화합물 중 하나 이상은 인접한 층들의 일부(단 전부는 아님)에서, 예를 들어, 금속-함유 화합물을 포함하는 층들과 교호 방식으로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 금속-함유 화합물, 및 적용가능한 경우, 다른 종류의 화합물은 10 ㎚ 내지 600 ㎚, 바람직하게는 20 ㎚ 내지 200 ㎚, 보다 바람직하게는 40 ㎚ 내지 600 ㎚, 가장 바람직하게는 50 내지 75nm의 두께를 달성할 때까지 광 전도성 물질 상에 침착된다. 여기서, 하나 이상의 금속-함유 화합물, 및 적용가능한 경우, 다른 종류의 화합물은, 커버 층이 바람직하게는 광 전도성 물질의 인접 표면에 대한 등각 층이 될 수 있는 방식으로 광 전도성 물질 상에 침착된다. 따라서, 등각 층의 두께는, 커버 층의 표면의 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상, 가장 바람직하게는 99 % 이상에 걸쳐 ± 50 ㎚, 바람직하게는 ± 20 ㎚, 가장 바람직하게는 ± 10 ㎚의 편차 내에서 광 전도성 물질의 상응하는 표면에 뒤따를 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 하나 이상의 침착 방법이 광 전도성 물질 상에 금속-함유 화합물을 침착시키는데 사용된다. 바람직하게는, 침착 방법은 원자 층 침착(ALD) 공정, 화학 증착(CVD) 공정, 스퍼터링 공정, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. ALD 공정 또는 CVD 공정에 관한 보다 상세한 내용은 상기 설명을 참조할 수 있다. 금속-함유 화합물을 제공하기 위한 목적으로, 2 가지 상이한 유형의 전구체가 바람직하게 사용될 수 있으며, 이때 제 1 전구체는 금속-유기 전구체이거나 이를 포함할 수 있고, 제 2 전구체는 유체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "유체"는 제 2 전구체의 비-고체 상태를 나타낼 수 있다. 예로서, Al-함유 화합물을 제공하기 위해, 제 1 전구체는 TMA, 즉 트리메틸알루미늄 Al(CH3)3일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 제 2 전구체는 H2O, 산소, 공기 또는 이들의 용액, 또는 오존일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, Zr-함유 화합물을 제공하기 위해, 제 1 전구체는 TDMA-Zr, 즉 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV)일 수 있거나 이를 포함할 수 있지만, 제 2 전구체는 H2O, 이의 용액, 또는 오존일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 여기서, 전구체들 중 하나 이상은 특히 일정한 유체 흐름을 제공하기 위해 불활성 기체, 특히 N2 또는 Ar과 혼합될 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 하나 이상의 추가 층이 또한 커버 층 또는 그 일부 상에 침착될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 추가 층이 광 전도성 물질의 층 상에 적어도 부분적으로 침착될 수 있고, 이어서 커버 층에 의해 덮일 수 있다. 여기서, 상기 추가 층은 반사 방지층, 광학 필터 층, 캡슐화 층, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층 또는 전도성 층 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
방법 단계 c)에 따라, 광 전도성 물질 상에 침착된 비정질 커버 층을 포함하는 샘플은, 이어서 열처리를 받는다. 이 목적을 위해, 20℃ 내지 300℃, 바람직하게는 50℃ 내지 200℃의 온도가 열처리로서 샘플에 적용된다. 여기서, 따라서, 방법 단계 b) 및 방법 단계 c) 중 하나 이상은, 바람직하게는 진공 챔버 내에서 수행될 수 있으며, 특히 바람직한 실시양태에서, 방법 단계 b) 및 c) 모두가 동일한 진공 챔버 내에서 특히 방법 단계 b) 및 c) 동안 어떠한 샘플의 제거도 없이 수행된다. 방법 단계 c)에 따른 열처리의 결과로서, 광 전도성 물질의 광 전도성에 대한 영향, 특히 광 전도성 물질의 광자-유도 전도성의 개선이, 가장 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 샘플에서 관찰가능하다.
전술한 바와 같이, 원하는 광학 센서는 일반적으로 입사광 빔에 의한 광학 센서에 포함된 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 이 목적을 위해, 센서 영역 내에 포함된 광 전도성 물질을 전기적으로 접촉시키도록 구성된 2 개 이상의 전기 접촉부가 추가로 제공된다. 일반적으로, 전기 접촉부는 방법 단계 a) 내지 c) 중 어느 하나의 전 또는 도중에 제공될 수 있다. 특히 바람직한 실시양태에서, 전기 접촉부는 예컨대 공지된 증발 기술에 의해 증발된 금속 층을 제공하는 것과 같이 단계 a) 전에 제공될 수 있으며, 이때 금속 층은 특히 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 금 또는 그래핀 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전기 접촉부는 무전해(electroless) Ni, 무전해 Au, 갈바니 Ni 또는 갈바니 Au와 같은 갈바니 또는 화학적 침착 공정에 의해 제공될 수 있다. 여기서, 커버 층은 전기 접촉부를 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있는 방식으로 침착될 수 있다. 이 특정 실시양태에서, 전기 접촉부는 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 커버 층에 의해 덮여, 바람직하게는 와이어, 특히 Au, Al 또는 Cu 와이어의 형태의 전기 전동성 리드를 사용함으로써 하나 이상의 외부 연결부에 결합될 수 있으며, 이때 상기 전기 전도성 리드는 특히 커버 층을 통해 전기 접촉부에 결합될 수 있다. 예로서, 커버 층에 의해 덮인 Au 접촉부는 후속적으로 와이어 결합에 의해 접촉될 수 있다.
또한, 광학 센서의 제조 공정에 관한 자세한 내용은 이 문서의 다른 곳에서 찾을 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 표면 마운트(mount) 기술 패키지, 예컨대 범프 칩 캐리어, 세라믹 리드리스(leadless) 칩 캐리어, 리드리스 칩 캐리어, 리드형(leaded) 칩 캐리어, 리드형 세라믹 칩 캐리어, 이중 리드리스 칩 캐리어, 플라스틱 리드형 칩 캐리어, 패키지 온 패키지 칩 캐리어 등과 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 DO-204, DO-213, 금속 전극 리프리스 페이스(leafless face), DO-214, SMA, SMB, SMC, GF1, SOD, SOT, TSOT, TO-3, TO-5, TO-8, TO-18, TO-39, TO-46, TO-66, TO-92, TO-99, TO-100, TO-126, TO-220, TO-226, TO-247, TO252, TO-263, TO-263 THIN, SIP, SIPP, DFN, DIP, DIL, Flat Pack, SO, SOIC, SOP, SSOP, TSOP, TSSOP, ZIP, LCC, PLCC, QFN, QFP, QUIP, QUIL, BGA, eWLB, LGA, PGA, COB, COF, COG, CSP, 플립 칩, PoP, QP, UICC, WL-CSP, WLP, MDIP, PDIP, SDIP, CCGA, CGA, CERPACK, CQGP, LLP, LGA, LTCC, MCM, MICRO SMDXT 등과 같은 표준 관통-홀 또는 소스 마운트 기술 반도체 패키지와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, OPGA, FCPGA, PAC, PGA, CPGA 등과 같은 핀 그리드 어레이(PGA)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 CFP, CQFP, BQFP, DFN, ETQFP, PQFN, PQFP, LQFP, QFN, QFP, MQFP, HVQFP, SIDEBRAZE, TQFP, TQFN, VQFP, ODFN 등과 같은 평탄 패키지와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 SOP, CSOP MSOP, PSOP, PSON, PSON, QSOP, SOIC, SSOP, TSOP, TSSOP, TVSOP, μMAX, WSON 등과 같은 작은 아웃라인 패키지와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 CSP, TCSP, TDSP, MICRO SMD, COB, COF, COG 등과 같은 칩-스케일 패키지와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 FBGA, LBGA, TEPBGA, CBGA, OBGA, TFBGA, PBGA, MAP-BGA, UCSP, μBGA, LFBGA, TBGA, SBGA, UFBGA 등과 같은 볼 그리드(ball grid) 어레이와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 SiP, PoP, 3D-SiC, WSI, 근접 통신 등과 같은 멀티-칩 패키지의 칩과 같은 추가의 전자 장치와 조합 될 수 있다. 집적 회로 패킹에 관한 추가 정보는 다음 소스에서 참조할 수 있다:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_integrated_circuit_packaging_types
또는
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_integrated_circuit_package_dimensions.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명에 따른 검출기의 용도가 개시된다. 여기서, 대상물의 위치, 특히 대상물의 측 방향 위치를 결정하기 위한 목적의 검출기의 용도가 제안되며, 여기서 검출기는, 바람직하게는 하나 이상의 종방향 광학 센서로서 동시에 사용될 수 있거나, 또는 특히, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 보안 적용례; 인간-기계 인터페이스 적용례; 추적 적용례; 스캐닝 적용례; 입체 비전 적용례; 사진 촬영 적용례; 이미지화 적용례 또는 카메라 적용례; 하나 이상의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 적용례; 차량용 원점 복귀(homing) 또는 추적 비콘 검출기; 열 신호(thermal signature)(배경보다 뜨겁거나 차가움)가 있는 대상물의 위치 측정; 머신 비전 적용례; 로봇 적용례로 이루어진 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위해, 하나 이상의 추가의 종방향 광학 센서와 조합하여 사용될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치, 예컨대 상기 검출기는 다양한 분야의 용도에 적용될 수 있다. 특히, 상기 검출기는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 촬영 용도; 지도제작 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 차량용 원점 복귀 또는 추적 비콘 검출기; 모바일 용도; 웹캠; 오디오 장치; 돌비 사운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 물류 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 로보트 용도; 의료 용도; 스포츠 용도; 건물 용도; 건설 용도; 제조 용도; 머신 비전 용도; 비행시간 검출기, 레이더, 라이다, 초음파 센서 또는 간섭계로부터 선택되는 하나 이상의 감지 기술과의 조합 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위해 적용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 특히 자동차 또는 다른 차량(예컨대, 기차, 오토바이, 자전거, 화물 수송용 트럭) 또는 로봇에 사용하기 위한 또는 보행자가 사용하기 위한, 특히 랜드마크-기반 위치선정 및/또는 네비게이션을 위한 국부적 및/또는 전체적 위치선정 시스템에서의 용도가 거론될 수 있다. 또한, 예를 들어 가정 용도 및/또는 제조 기술, 물류, 감시 또는 유지 보수에 사용되는 로봇을 위한 잠재적 용도로서 실내 위치선정 시스템이 거론될 수 있다.
따라서, 먼저, 본 발명에 따른 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 이동식 또는 착용식 컴퓨터 또는 커뮤니케이션 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 성능 개선을 위해 하나 이상의 활동 광원, 예컨대 가시광 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 환경, 대상물 및 생명체를 스캐닝 및/또는 검출하기 위한 모바일 소프트웨어와 조합된 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 심지어, 이미지화 효과를 증가시키기 위해 2D 카메라, 예컨대 통상적인 카메라와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 음성 및/또는 몸짓 인식과 조합된, 감시 및/또는 기록 목적을 위한 또는 모바일 장치를 제어하기 위한 입력 장치로서 사용될 수 있다. 따라서, 특히, 인간-기계 인터페이스로서 기능하는 본 발명에 따른 장치(입력 장치로도 지칭됨)는, 예를 들어 모바일 장치(예컨대, 휴대폰)를 통해 다른 전자 장치 또는 컴포넌트를 제어하기 위한 모바일 제품에 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 포함하는 모바일 제품은, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 음악 재생기 또는 음악 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 웹캠, 또는 컴퓨팅 용도를 위한 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 이미지화, 기록, 감시, 스캐닝, 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 상기 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치의 문맥에서 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 표정 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 제공하는데 특히 유용하다. 본 발명에 따른 장치는, 다른 입력값 생성 장치, 예컨대 마우스, 키보드, 마이크와 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 웹캠을 사용하여, 게임 용도에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가상 훈련 용도 및/또는 이미지화 회의에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 머리 장착식 디스플레이를 착용하는 경우, 가상 또는 증강 현실 용도에 사용되는 손, 팔, 또는 대상물을 인지 또는 추적하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 상기 부분적으로 설명된 바와 같은 모바일 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임 장치에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 전자 장치 또는 엔터테인먼트 장치용 조정 장치 또는 제어 장치로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 증강 현실을 위해 및/또는 디스플레이를 보고 있는지 여부 및/또는 어떤 관점에서 디스플레이를 보고 있는지를 인식하기 위해, 특히 투명한 디스플레이를 사용하는 2D- 및 3D-디스플레이 기술에서 눈 검출 또는 눈 추적에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 머리-장착식 디스플레이를 착용하는 경우, 가상 또는 증강 현실 제품과 연결되어 방, 경계, 장애물을 탐험하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 디지털 카메라(예컨대, DSC 카메라)에 또는 이로서 및/또는 리플렉스형 카메라(예컨대, SLR 카메라)에 또는 이로서 사용될 수 있다. 이러한 용도를 위해, 모바일 용도(예컨대, 휴대폰)에서 전술된 바와 같은 본 발명에 따른 장치의 용도를 참조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 보안 또는 감시 용도를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 사전결정된 영역 내에 또는 바깥쪽에 대상물이 존재하는 경우 신호를 제공하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자제품과 조합될 수 있다(예컨대, 은행 또는 박물관에서의 감시 용도를 위해). 특히, 본 발명에 따른 장치는 광학 암호화에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용하는 검출은, 예를 들어 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기를 사용하여, 파장을 보완하는 다른 검출 장치와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 저 광 환경에서의 검출을 허용하기 위해 능동 적외선 광원과 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 능동 검출기 시스템에 비해 유리하며, 그 이유는 특히, 예를 들어 레이저 용도, 초음파 용도, 라이다 또는 유사한 능동 검출기 장치에서 흔히 있는 것처럼, 제 3자에 의해 검출될 수 있는 송출 신호를 능동적으로 방지하기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 움직이는 대상물을 인식하지 못하게 및 검출가능하지 않게 추적하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 통상적인 장치에 비해 조작(manipulation) 및 자극(irritation)이 줄어드는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치를 사용함에 의한 3D 검출의 용이성 및 정확성을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 안면, 신체 및 사람 인식 및 식별에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 식별 또는 개인화 목적을 위해 다른 검출 수단(예컨대, 비밀번호, 지문, 홍채 검출, 음성 인식 또는 다른 수단)과 조합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 보안 장치 및 다른 개인화 용도에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로서 사용될 수 있다.
상기 언급된 보안 및 감시 용도 이외에, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공간 및 영역의 조사 및 모니터링을 위해, 예로서, 금지 영역이 침해당한 경우 알람을 촉발 또는 실행하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 임의적으로 다른 유형의 센서와 조합으로, 예를 들어 움직임 또는 열 센서와 조합으로, 이미지 증폭기 또는 이미지 강화 장치 및/또는 광전자 배증관과 조합으로, 건물 감시 또는 박물관에서 감시 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 공공 공간 또는 붐비는 공간에서 잠재적으로 위험한 행동, 예를 들면 범죄 행위, 예컨대 주차장에서 또는 주인이 없는 대상물(예컨대, 공항에서 주인이 없는 수하물)의 절도를 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 카메라 용도, 예컨대 비디오 및 캠코더 용도에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 움직임 캡쳐 및 3D-영화 기록을 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 통상적인 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 광학 컴포넌트에 비해 복잡성을 덜 필요로 한다. 따라서, 예로서, 예를 들어 하나의 렌즈만 갖는 본 발명에 따른 장치를 제공함으로써, 통상적인 광학 장치에 비해 렌즈의 개수가 감소될 수 있다. 감소된 복잡성으로 인해, 예를 들어 모바일 용도를 위한 매우 소형의 장치가 가능하다. 고품질의 2개 이상의 렌즈를 갖는 통상적인 광학 시스템은 일반적으로, 예를 들어 부피가 큰 빔-분할기가 일반적으로 필요하기 때문에, 부피가 크다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 초점/자동초점 장치, 예컨대 자동초점 카메라에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 자동차 기술 및 수송 기술의 기술 분야에 적용가능하다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 조정식 순항 제어, 비상 브레이크 보조, 차로 이탈 경고, 주위 시야, 사각 지대 검출, 교통 표지 검출, 교통 표지 인식, 차선 인식, 후방 교차 통행 경보, 접근하는 교통 또는 전방 주행 차량에 따라 헤드 광 강도 및 범위 적응을 위한 광원 인식, 적응형 전조등 시스템, 하이 빔 헤드 라이트의 자동 제어, 적응형 차단 조명 전조등 시스템, 눈부심 없는 하이빔 전방 조명 시스템, 전조등 조명에 의한 동물, 장애물 등의 표지, 후방 교차 교통 경고, 및 다른 운전자 보조 시스템, 예컨대 첨단 운전자 보조 시스템, 또는 다른 자동차 및 교통 적용례를 위한, 거리 및 감시 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 충돌 회피를 위해 운전자의 기동을 미리 예상할 수 있는 운전자 보조 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 본 발명에 따른 검출기를 사용하여 수득된 위치 정보의 제 1 및 제 2 시간-도함수를 분석함으로써, 속도 및/또는 가속도 측정에도 사용될 수 있다. 이러한 특징은 일반적으로 자동차 기술, 수송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용가능할 수 있다. 다른 분야의 기술에서의 용도도 가능하다. 실내 위치선정 시스템에서의 특정 용도는, 수송에서 승객의 위치선정의 검출, 더욱 특히 안전 시스템, 예컨대 에어백의 사용을 전자적으로 제어하는 것일 수 있다. 여기서, 에어백의 사용은, 에어백의 사용으로 인해 부상, 특히 심한 부상을 승객에게 초래할 수 있는 방식으로 차량 내에 위치할 수 있는 경우에 방지될 수 있다. 또한, 자동차, 기차, 비행기 등과 같은 차량, 특히 자율 차량에서, 본 발명에 따른 장치는 운전자가 교통에 주의를 기울이거나 산만하거나 졸거나 피곤하거나 또는 알코올이나 다른 약물의 섭취로 인해 운전이 불가능한 지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다.
이러한 용도 또는 다른 용도에서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 독립형 장치로서, 또는 다른 센서 장치와의 조합으로, 예컨대 레이더 및/또는 초음파 장치와의 조합으로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 자율주행 및 안전 문제를 위해 사용될 수 있다. 또한, 이러한 용도에서, 본 발명에 따른 장치는 적외선 센서, 레이더 센서(이는 음파 센서임), 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서와 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 용도에서는, 본 발명에 따른 장치의 수동적인 성질이 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 방출 신호를 필요로 하지 않기 때문에, 다른 신호원과의 활동 센서 신호의 간섭 위험이 방지될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 특히, 인식 소프트웨어, 예컨대 표준 이미지 인식 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 용이하게 처리가능하며, 따라서, 일반적으로, 확립된 입체시 시스템(예컨대, LIDAR)보다 더 적은 계산 파워를 필요로 한다. 적은 공간 명령을 고려하면, 본 발명에 따른 장치, 예컨대 카메라는 실제적으로 차량 내 임의의 위치, 예컨대 창문 스크린 위 또는 뒤에, 전방 후드 위에, 범퍼 위에, 라이트 위에, 거울 위에 또는 다른 곳에 위치할 수 있다. 본 발명에 따른 다양한 검출기, 예컨대 본 발명에 개시된 효과에 기초하는 하나 이상의 검출기는, 예를 들어 자율주행 차량을 허용하기 위해 또는 활동 안전성 개념의 성능을 증가시키기 위해 조합될 수 있다. 따라서, 다양한 본 발명에 따른 장치는, 예를 들면 창문(예컨대, 뒷창문, 옆창문 또는 앞창문)에서, 범퍼 상에서 또는 라이트 상에서, 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 장치 및/또는 통상적인 센서와 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기와 하나 이상의 비(rain) 검출 센서와의 조합도 가능하다. 그 이유는, 본 발명에 따른 장치가 일반적으로 폭우 동안 통상적인 센서 기술(예컨대 레이더)보다 유리하다는 사실 때문이다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 통상적인 감지 기술(예컨대, 레이더)의 조합은, 소프트웨어가 기상 조건에 따라 신호의 정확한 조합을 선택하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 브레이크 보조 및/또는 주차 보조로서 및/또는 속도 측정을 위해 사용될 수 있다. 속도 측정은, 예를 들어 교통 제어시 다른 자동차의 속도를 측정하기 위해 차량 내에 통합되거나 차량 바깥쪽에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 주차장에서 빈 주차 공간을 검색하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 비전, 특히 야간 비전, 안개 비전 또는 훈증(fume) 비전과 같은 어려운 가시 조건 하에서의 비전에 사용될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 광 검출기는, 적어도 연기 또는 훈증에 존재하는 입자와 같은 작은 입자 또는 안개, 미스트 또는 헤이즈에 존재하는 액적과 같은 작은 액적이 입사광 빔을 반사하지 않을 수 있거나 단지 이의 적은 부분만을 반사할 수 있는 파장 범위 내에서 적어도 민감성일 수 있다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 입사광 빔의 파장이 입자 또는 액적의 크기를 각각 초과하는 경우 입사광의 반사는 작거나 무시할 수 있다. 또한, 야간 비전은 신체 및 대상물에 의해 방출되는 열 방사선을 검출함으로써 가능해질 수 있다. 따라서, 광학적 검출기는 특히 적외선(IR) 스펙트럼 범위 내, 바람직하게는 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위 내에서 민감할 수 있으며, 따라서 야간, 훈증, 연기, 안개, 미스트 또는 헤이즈에서도 우수한 가시성을 허용한다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 의료 시스템 및 스포츠 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술 분야에서는, 예를 들어 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇을 거론할 수 있으며, 그 이유는, 상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치가 적은 부피만 필요로 할 수 있고 다른 장치 내로 통할될 수 있기 때문이다. 특히, 렌즈를 갖는 본 발명에 따른 장치는 의료 장치(예컨대, 내시경)에서 3D 정보를 캡쳐하기 위해 최대한 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 움직임의 추적 및 분석을 가능하게 하도록, 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합될 수 있다. 이는, 의료 장치(예컨대, 내시경 또는 메스)와, 예를 들어 자기 공명 이미지화, x-선 이미지화 또는 초음파 이미지화로부터 수득된 의료 이미지화로부터의 결과와의 위치의 즉각적인 중첩을 허용할 수 있다. 이러한 용도는 특히, 예를 들어 정확한 위치 정보가 중요한 의학적 치료, 예컨대 뇌 수술, 장거리 진단 및 원격 의료에서 가치가 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D-신체 스캔에 사용될 수 있다. 신체 스캔은 의료 맥락에서, 예컨대 치과 수술, 외과 수술, 비만 수술 또는 성형 수술에 적용될 수 있거나, 의료 진단 맥락에서, 예컨대 근막동통 증후군, 암, 신체 기형 장애 또는 다른 질환의 진단에 적용될 수 있다. 신체 스캔은 또한, 스포츠 장비의 인체공학적 사용 또는 피팅을 평가하기 위해 스포츠 분야에 적용될 수 있다.
신체 스캔은 또한 의복 맥락에서, 예를 들어 의복의 적합한 크기 및 피팅을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술은 맞춤복 맥락에서, 주문 의복의 맥락에서 또는 인터넷으로부터의 주문 의복 또는 신발의 맥락에서 또는 무인 쇼핑 장치, 예컨대, 마이크로키오스크(kiosk) 장치 또는 고객 안내(concierge) 장치에 사용될 수 있다. 의복 맥락에서의 신체 스캔은 완전히 차려입은 고객을 스캐닝하는데 특히 중요하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 사람 집계 시스템의 맥락에서, 엘레베이터, 기차, 버스, 자동차 또는 항공기 내의 사람의 수를 집계하는데 또는 낭하(hallway), 문, 통로(aisle), 소매점, 스타디움, 엔터테인먼트 장소, 박물관, 도서관, 공공 위치, 영화관, 극장 등을 통과하는 사람의 수를 집계하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템에서의 3D-기능은, 만나는 사람에 대한 추가의 정보, 예컨대 키, 무게, 나이, 체력 등을 수득하거나 추정하는데 사용될 수 있다. 이러한 정보는 기업 정보수집 메트릭스(metrics)를 위해 및/또는 사람들이 계수될 수 있는 곳을 더욱 매력적으로 또는 안전하게 만드는 것을 추가로 최적화 하기 위해 사용될 수 있다. 소매 환경에서, 사람 집계의 맥락에서의 본 발명에 따른 장치는 재방문(returning) 고객 또는 교차 쇼핑객(cross shopper)을 인식하는데, 쇼핑 행동을 평가하는데, 구입하는 방문객의 백분율을 평가하는데, 직원 교대를 최적화하는데, 또는 방문객 당 쇼핑몰의 경비를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템은 인체측정학적 조사에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 수송 거리에 따라 승객에게 자동으로 요금을 매기는 대중 교통 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 아동 놀이터에서 부상당한 어린이 또는 위험한 행동과 관련된 어린이를 인식하기 위해, 놀이터 장난감과의 추가적인 상호작용을 허용하기 위해, 놀이터 장난감의 안정한 사용을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 공사 도구, 예컨대 대상물 또는 벽에 대한 거리를 결정하기 위한, 표면이 편평한지를 평가하기 위한, 대상물을 정렬하거나 대상물을 정돈된 방식으로 놓기 위한 범위 계기, 또는 공사 현장에 사용하기 위한 검사 카메라에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 스포츠 및 운동 분야에서, 예를 들어 훈련, 원격 지시 또는 경쟁 목적을 위해 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 댄스, 에어로빅, 풋볼, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 트랙 및 필드, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 권투, 골브, 자동차 경주, 레이저 태그, 전투 모의시험 등의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 게임을 모니터링하기 위해, 심판을 지원하기 위해, 스포츠에서 특정 상황의 판단, 특히 자동 판단을 위해, 예를 들면 포인트 또는 골이 실제로 이루어졌는지를 평가하기 위해, 예를 들어 스포츠 및 게임 둘 다에서 공, 배트, 칼, 움직임 등 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 자동차 경주, 자동차 운전자 훈련, 자동차 안전 훈련 등의 분야에서 자동차 또는 자동차 트랙의 위치, 또는 이전 트랙 또는 이상적인 트랙으로부터의 벗어남을 결정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 원격 레슨, 예를 들어 현악기(예컨대, 피들(fiddle), 바이올린, 비올라, 첼로, 베이스, 하프, 기타, 밴조 또는 우크렐레), 건반 안기(예컨대, 피아노, 오르간, 키보드, 하프시코드, 하모늄 또는 아코디언), 및/또는 타악기(예컨대, 드럼, 팀파니, 마림바, 실로폰, 비브라폰, 봉고, 콩가, 팀발레스, 젬베 또는 타블라)의 레슨에서 악기 연주를 지원하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한, 훈련을 격려하기 위해 및/또는 움직임을 조사하고 교정하기 위해 재활 및 물리치료에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 또한 거리 진단에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 머신 비전 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치 중 하나 이상은, 예를 들어 수동 제어 유닛 및/또는 로봇 작동을 위한 수동 제어 유닛으로서 사용될 수 있다. 움직이는 로봇과 조합시, 본 발명에 따른 장치는, 자율 움직임 및/또는 부품에서 불량의 자율 검출을 허용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 사고(예컨대, 비제한적으로 로봇, 제조 부품 및 생명체 간의 충돌)를 예방하기 위한 제조 및 안정성 감시에 사용될 수 있다. 로봇공학에서는, 인간과 로봇의 안전하고 직접적인 상호작용이 흔히 문제가 되며, 그 이유는, 인간을 인지하지 못하는 경우 로봇이 인간에게 심한 손상을 입힐 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 장치는 로봇이 대상물 및 인간을 더 잘 더 빨리 위치시키는 것을 돕고, 안전한 상호작용을 허용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 수동적 성질을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 능동 장치보다 유리할 수 있고/있거나, 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책에 상호보완적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 하나의 특정 이점은 신호 간섭의 가능성이 낮다는 것이다. 따라서, 복수개의 센서가 동일한 환경에서 동시에 작동할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 고도로 자동화된 제조 환경, 예컨대 비제한적으로 자동차, 광업, 철강 등에 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 예를 들어 2-D 이미지화, 레이더, 초음파, IR 들과 같은 다른 센서와 조합으로, 제조시 품질 제어를 위해, 예컨대 품질 제어 또는 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 표면 품질의 평가를 위해, 예를 들어 제품의 표면 균일성 또는 수 마이크로범위 내지 수 미터 범위의 규정된 차원에 대한 접착력을 조사하는데 사용될 수 있다. 다른 품질 제어 용도도 가능하다. 제조 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 천연 제품(예컨대, 음식 또는 목재)을 복잡한 3-차원 구조로 가공하는 경우, 다량의 폐기물을 방지하는데 데 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 저장탑(silos), 탱크 등의 충전 수준을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 인쇄 회로 기판의 자동 광검사, 조립체 또는 하위-조립체의 검사, 엔지니어링 부품의 확인, 엔진 부품 검사, 목재 품질 검사, 라벨 검사, 의료 장치 검사, 제품 방향 검사, 포장 검사, 식품 팩 검사 등에서, 손실된 부품, 불완전한 부품, 느슨한 부품, 저 품질 부품 등에 대해 복합 제품을 검사하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 차량, 기차, 항공기, 선박, 우주선 및 다른 교통 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 교통 용도의 맥락에서 전술된 용도 이외에, 항공기, 차량 등에 대한 수동 추적 시스템을 거론할 수 있다. 움직이는 대상물의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위한, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기의 용도가 가능하다. 특히, 육상, 해상 및 공중(우주 포함)에서 빨리 움직이는 대상물을 추적하는 것을 거론할 수 있다. 하나 이상의 본 발명에 따른 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기는 특히, 가만히 있는 및/또는 움직이는 장치 상에 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치의 파워 신호는, 예를 들어 또다른 대상물의 자율적인 또는 안내된 움직임에 대한 안내 메커니즘과 조합될 수 있다. 따라서, 충돌을 피하거나, 추적된 대상물과 조정된 대상물 간의 충돌을 가능하게 하기 위한 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 유용하고 이로우며, 그 이유는, 적게 요구되는 계산 파워, 즉각적인 응답성, 및 능동 시스템(예컨대, 레이더)에 비해 검출하고 방해하기가 좀 더 어려운 상기 검출 시스템의 수동적 성질 때문이다. 본 발명에 따른 장치는, 예컨대 비제한적으로, 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 도로 요금의 자동화된 요금지불(tolling) 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 수동(passive) 용도에 사용될 수 있다. 수동 용도는 항구 또는 위험 지역에서 선박의 안내, 및 착륙 또는 이륙시 항공기의 안내를 포함한다. 본원에서는, 정확한 안내를 위해 고정되고 공지된 활동 표적이 사용될 수 있다. 이는, 위험하지만 잘 정의된 경로를 주행하는 차량, 예컨대 채굴 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 빠르게 접근하는 대상물(예컨대, 자동차, 기차, 비행 물체, 동물 등)을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 대상물의 속도 또는 가속도를 검출하거나, 시간에 따라 위치, 속도 및/또는 가속도 중 하나 이상을 추적함으로써 대상물의 움직을 예측하는데 사용될 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 게임 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 동일하거나 상이한 크기, 컬러, 형태의 복수개의 대상물과 함께 사용하기에, 예를 들어 움직임을 이의 항목에 통합하는 소프트웨어와 조합으로 움직임을 검출하기에 수동적일 수 있다. 특히, 그래픽 파워 내로의 움직임을 수행하는 용도가 가능하다. 또한, 예를 들어 본 발명에 따른 장치 중 하나 이상을 몸짓 또는 얼굴 인식에 사용하여 명령을 내리기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 저광 조건 또는 환경 조건이 필요한 다른 상황 하에 능동 시스템과 조합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원의 조합이 가능하다. 본 발명에 따른 검출기와 특수 장치의 조합이 역시 가능하며, 이는, 상기 시스템 및 이의 소프트웨어, 예컨대 비제한적으로, 특수한 컬러, 형태, 다른 장치에 대한 상대적 위치, 움직임의 속도, 광, 장치 상의 광원을 변조하는데 사용되는 광 주파수, 표면 특성, 사용되는 물질, 반사 특성, 투명도, 흡수 특성 등에 의해 용이하게 구별될 수 있다. 상기 장치는, 다른 가능성 중에서도 특히, 막대, 라켓, 곤봉, 총, 칼, 바퀴, 고리, 핸들, 병, 공, 유리, 화병, 숟가락, 포크, 큐브, 주사위, 피규어, 손가락인형, 테디 베어, 비이커, 페달, 스위치, 장갑, 보석, 악기 또는 악기 연주를 위한 보조 장치, 예컨대 플렉트럼(plectrum), 드럼스틱 등)을 닮을 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 고온 또는 다른 발광 공정으로 인해 그 자체로 광을 방출하는 대상물을 검출하거나 추적하는데 사용될 수 있다. 발광 부품은 배기 스트림 등일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 반사 대상물을 추적하고 상기 대상물의 회전 또는 방향을 분석하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 건축, 건설 및 지도 제작 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 환경 영역, 예컨대 시골이나 건물을 측정 및/또는 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 다른 방법 및 장치와 결합 될 수 있거나 단지 건물 프로젝트, 변화하는 대상물, 주택 등의 진행 및 정확성을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 거리, 집, 지역 사회 또는 경관의지도를 작성하기 위해 스캔 된 환경의 3 차원 모델을 생성하는 데 사용된다. 적용 분야는 건설,지도 제작, 부동산 관리, 토지 측량 등이 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 장치는 빌딩, 굴뚝, 생산 현장, 농경지, 생산 공장 또는 조경과 같은 농산물 생산 환경을 감시하기 위해 무인기 또는 다기관과 같은 비행이 가능한 차량에 사용될 수 있으며, 위험한 환경에서의 작업을 지원하고, 실내 또는 실외의 화재 위치에서 소방대를 지원하고, 하나 이상의 사람, 동물 또는 움직이는 대상물을 찾거나 모니터링하기 위해 또는 무인 항공기와 같은 엔터테인먼트 목적으로, 헬멧, 마크, 비콘 장치 등을 따라 구현할 수 있는 스키 또는 사이클링 등과 같은 스포츠를 하는 한 명 이상의 사람을 기록하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 장애물을 인식하고, 사전정의된 경로를 따르고, 에지, 파이프, 빌딩 등에 따르거나 환경의 세계 또는 국내 지도를 기록하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 무인 항공기의 실내 또는 실외의 위치 파악 및 위치 결정을 위해, 바로미터 압력 센서가 충분히 정확하지 않은 실내 무인 항공기의 실내의 무인 항공기의 높이를 안정화시키기 위해, 또는 몇몇 무인 항공기의 콘서트된(concertized) 이동과 같은 다수의 무인 항공기의 상호 작용을 위해, 또는 공중에서의 재충전 또는 재급유를 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, CHAIN(Cedec Home Appliances Interoperating Network)과 같은 가전 기기의 상호접속 네트워크 내에서, 가정 내의 기본 기기 관련 서비스, 예를 들면 에너지 또는 부하 관리, 원격 진단, 애완동물 관련 기기, 아동 관련 기기, 아동 감시, 감시 관련 기기, 고령자 또는 환자에 대한 지원 또는 서비스, 주택 보안 및/또는 감시, 기기 작동의 원격 제어 및 자동 유지보수 지원에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 하나 이상의 사람의 위치에 따라, 방의 어느 부분이 특정 온도 또는 습도가 되도록 하기 위해, 공조 시스템과 같은 가열 또는 냉각 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가사 노동에 사용될 수 있는 서비스 로봇 또는 자율 로봇과 같은 가정용 로봇에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 다수의 상이한 목적을 위해, 예를 들면 충돌을 피하거나 환경을 맵핑하는 것뿐만 아니라, 사용자를 식별하기 위해, 주어진 사용자에 대해 로봇의 성능을 개인화하기 위해, 보안 목적을 위해, 또는 몸짓 또는 얼굴 인식을 위해 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 장치는 로봇식 진공 청소기, 바닥 세척 로봇, 건식 청소 로봇, 의류 다림질용 다림질 로봇, 동물 배설물 처리 로봇(예컨대, 고양이 배설물 처리 로봇), 침입자를 검출하는 보안 로봇, 로봇식 잔디깍기 기계, 자동화된 풀장 청소기, 낙수받이 청소 로봇, 유리창 청소 로봇, 장난감 로봇, 텔레프레전스 로봇, 거동이 불편한(less mobile) 사람에게 회사를 제공하는 소셜 로봇, 말을 수화로 또는 수화를 말로 번역하는 로봇에 사용될 수 있다. 고령자와 같이 거동이 불편한 사람들의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치를 갖는 가정용 로봇은 대상물을 집어들고, 대상물을 운반하고, 대상물과 사용자가 안전하게 상호작용하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 위험 물질 또는 대상물을 사용하거나 위험한 환경에서 작동하는 로봇에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 특히 재해 이후 위험 물질(예컨대, 화학 물질 또는 방사성 물질)과 함께 또는 다른 위험하거나 잠재적으로 위험한 대상물(예컨대, 지뢰, 불발된 무기 등)와 함께 작업하기 위해, 불안전한 환경(예컨대, 불타는 대상물 근처 또는 재해 후 여역)에서 작업하거나 이를 조사하기 위해, 로봇 또는 무인 원격 제어 차량에, 또는 공중, 바다, 지하 등에서 유인 또는 무인 구조 작업에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 사람의 존재를 검출하거나, 장치의 내용 또는 기능을 모니터하거나, 사람과 상호작용하고/하거나, 사람에 대한 정보를 다른 가정용, 모바일 또는 엔터테인먼트 장치와 공유하기 위해, 가정용, 모바일 또는 엔터테인먼트 장치, 예컨대 냉장고, 전자렌지, 세탁기, 윈도우 블라인드 또는 셔터, 가정용 알람, 공기 조화 장치, 가열 장치, 텔레비전, 오디오 장치, 스마트 워치, 휴대 전화, 전화기, 식기 세척기, 스토브 등에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 장치는, 노인 또는 장애인, 시각 장애인, 또는 가사일, 또는 대상물을 들거나, 운반하거나 또는 집는 장치와 같은 작업시와 같이 시력이 제한적인 사람을 지원하는데 사용될 수 있거나, 또는 환경 내의 장애물 신호에 적합한 광학 및/또는 음향 신호를 갖는 안전 시스템에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한 농업에서, 예를 들어 해충, 잡초 및/또는 감염된 작물을 완전히 또는 부분적으로 검출 및 선별하기 위해 사용될 수 있으며, 이때 작물은 균류 또는 곤충에 의해 감염될 수 있다. 또한, 작물을 수확하기 위해, 본 발명에 따른 장치는, 수확 장치에 의해 달리 해를 입을 수 있는 동물(예컨대, 사슴)을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 밭 또는 온실에서 식물 성장을 모니터링하는데, 특히 밭 또는 온실의 주어진 영역에 대한 물 또는 비료 또는 작물 보호 제품의 양 또는 심지어 제시된 작물을 조절하는데 사용될 수 있다. 또한, 농업 생명 공학에서, 본 발명에 따른 장치는 식물의 크기 및 모양을 모니터하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 화학 물질 또는 오염물을 검출하기 위한 센서, 전자 냄새검출(nose) 칩, 박테리아 또는 바이러스 등을 검출하기 위한 마이크로센서 칩, 가이거(Geiger) 카운터, 촉각 센서, 열 센서 등과 조합될 수 있다. 이는, 예를 들어, 고도의 전염성 환자 치료, 고도의 위험 물질 취급 또는 제거, 고도로 오염된 지역(예를 들어, 고도의 방사성 구역 또는 화학 물질 유출) 청소와 같은 위험하거나 어려운 작업을 처리하기 위해 또는 농업에서 해충 방제를 위해 구성된 스마트 로봇을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 또한, 예를 들어 CAD 또는 유사한 소프트웨어와 조합으로 대상물을 스캐닝하기 위해, 예를 들면 부가 가공 및/또는 3D 인쇄를 위해 사용될 수 있다. 여기서, 예를 들어 x-, y- 또는 z-방향에서 또는 이들 방향의 임의의 조합에서, 예컨대 동시에, 본 발명에 따른 장치의 높은 치수 정확도를 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 검출기로부터의 반사된 또는 확산 산란된 광을 제공할 수 있는 표면 상의 조명된 스폿의 거리를 결정하는 것은 조명된 스폿으로부터의 광원의 거리와 사실상 독립적으로 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 특성은, 삼각 측량 또는 비행시간(TOF) 방법과 같은 공지된 방법과 직접 대조되는데, 이때 광원과 조명된 스폿 사이의 거리는 검출기와 조명된 스폿 사이의 거리를 결정할 수 있도록 선험적으로 알려지거나 사후(posteriori)로 계산되어야 한다. 대조적으로, 본 발명에 따른 검출기는, 스폿을 적절히 조명하기에 충분할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 고체 또는 액체 표면을 포함할 수 있는지 여부에 관계없이 금속 표면과 같은 반사면을 스캐닝하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 검사 및 유지 보수, 예를 들어 배관 검사 게이지(pipeline inspection gauges)에 사용될 수 있다. 또한, 생산 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 불규칙하게(badly) 정의된 형태의 대상물(예를 들면, 자연적으로 자라는 대상물, 예컨대 야채, 또는 다른 천연 제품)를 모양 또는 크기로 분류하거나, 제품(예컨대, 고기, 또는 가공 단계에서 필요한 정밀도보다 더 낮은 정밀도로 제조된 대상물)을 절단하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 지역 내비게이션 시스템에 사용되어, 자율주행 또는 부분적 자율주행 차량 또는 멀티콥터 등이 실내 또는 실외 공간을 통해 이동할 수 있게 한다. 비제한적인 예는 대상물을 집어 다른 위치에 배치하기 위해 자동화 창고를 통해 이동하는 차량을 포함할 수 있다. 실내 내비게이션은 쇼핑몰, 소매점, 박물관, 공항 또는 기차역에서 사용되어 모바일 용품, 모바일 장치, 수하물, 고객 또는 직원의 위치를 추적하거나 사용자에게 특정 위치 정보(예컨대, 지도상의 현재 위치) 또는 판매된 상품에 대한 정보 등을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 속도, 경사, 다가올 장애물, 도로의 불균일성 또는 커브 등을 모니터링함으로써, 오토바이의 운전 보조와 같은 오토바이의 안전한 운전을 보장하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 충돌을 피하기 위해 열차 또는 트램에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 프로세스를 최적화하기 위해 포장 또는 소포를 스캐닝하는 것과 같은 휴대용 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 다른 휴대용 장치, 예컨대 개인 쇼핑 장치, RFID 판독기, 예컨대 의료 용도를 위해 또는 환자 또는 환자 건강 관련 정보 수득하거나 교화하거나 기록하기 위해 병원 또는 헬쓰 환경에서 사용하기 위한 휴대용 장치, 또는 소매 또는 건강 환경을 위한 스마트 배지 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 또한, 제조, 품질 관리 또는 식별용도에, 예를 들어 제품 식별 또는 크기 식별(예컨대, 최적의 장소 또는 패키지를 발견하기 위해, 폐기물을 줄이기 위해)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 최적화된 적재 또는 포장 콘테이너 또는 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제조 분야에서 표면 손상을 모니터링 또는 제어하기 위해, 렌탈 대상물(예컨대, 렌탈 차량)을 모니터링 또는 제어하기 위해, 및/또는 보험 용도를 위해, 예컨대 손해 보상을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 로봇과 조합으로, 물질, 대상물 또는 공구의 크기를 식별하기 위해, 예컨대 최적의 물질 취급을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 공정 제어를 위해, 예컨대 탱크의 충전 수준을 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 자산, 예컨대 비제한적으로, 탱크, 파이프, 반응기, 공구 등의 유지 보수를 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D 품질 마크를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 치아 인레이, 치아 교정기, 보철물, 의복 등과 같은 맞춤형 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 신속한 시제품화, 3D 복사 등을 위한 하나 이상의 3D 프린터와 조합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 제품의 형상을 검출하기 위해, 예를 들어 제품 무단 복제 방지 및 위조 방지 목적을 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제스처 인식과 관련하여 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 본 발명에 따른 장치와 결합된 제스처 인식은, 특히, 신체, 신체 일부 또는 대상물의 동작을 통해 정보를 기계로 전송하기 위한 인간-기계 인터페이스로서 사용될 수 있다. 여기서, 정보는 바람직하게는 손 또는 손 일부, 예컨대 손가락의 동작을 통해, 특히 대상물 지적, 예컨대 청각 장애인을 위한 수화의 적용, 번호 표시, 승인, 불승인 등에 의해, 예컨대 접근하거나, 떠나거나, 인사하기 위해, 대상물을 누르거나, 대상물을 취할 때 또는 스포츠 또는 음악 분야에서 손을 흔들거나 워밍업 운동과 같은 손 또는 손가락 운동에 의해 전송될 수 있다. 또한, 정보는, 예컨대 스포츠 또는 음악 목적으로, 예컨대 오락, 운동 또는 기계의 훈련 기능 목적으로, 팔 또는 다리의 동작, 예컨대 팔, 다리, 두 팔 또는 두 다리, 또는 팔 및 다리의 조합의 회전, 차기, 잡기, 비틀기, 회전, 스크롤링, 브라우징, 푸싱, 벤딩, 펀칭, 흔들기에 의해 전송될 수 있다. 또한, 정보는 전신 또는 그의 주요 부분의 동작, 예를 들어 점프, 회전, 또는 복합 신호, 예컨대 "좌회전", "진행", "감속", "정지" 또는 "엔진 정지"와 같은 정보 전송을 위해 공항에서 사용되거나 교통 경찰에 의해 사용되는 수화 수행, 또는 수영, 다이빙, 달리기, 사격 등을 하거나 요가, 필라테스, 유도, 가라데, 댄스 또는 발레에서와 같은 복잡한 동작 또는 신체 위치의 수행에 의해 전송될 수 있다. 또한, 정보는 컴퓨터 프로그램 내의 가상 기타 기능을 제어하기 위한 모크-업(mock-up) 기타를 사용하는 것과 같이, 상기 모크-업 장치에 대응하는 가상 장치를 제어하기 위한 실제 또는 모크-업 장치를 사용하여, 컴퓨터 프로그램에서 가상 기타 기능을 제어하기 위해 실제 기타를 사용하여, 전자 책을 읽거나 페이지를 이동하거나 가상 문서에서 브라우징하기 위해 실제 또는 모크-업 책을 사용하거나, 컴퓨터 프로그램에서 작도하기 위해 실제 또는 모크-업 펜을 사용하는 등에 의해 전송될 수 있다. 또한, 정보의 송신은 소리, 진동 또는 동작과 같은 사용자로의 피드백에 결합될 수 있다.
음악 및/또는 악기와 관련하여, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는, 운동 목적, 악기의 제어, 악기의 녹음, 모크-업 악기의 사용을 통한 음악의 연주 또는 녹음을 위해, 또는 단지 에어 기타의 연주와 같은 악기 연주 흉내에 의해, 예컨대 소음 회피 또는 녹음 수행을 위해, 또는 가상 오케스트라, 앙상블, 밴드, 빅 밴드, 합창단 등의 지휘를 위해, 실시, 운동, 녹음 또는 오락 목적 등을 위해 사용될 수 있다.
또한, 안전 및 감시(surveillance)와 관련하여, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는, 개인 식별 신호 또는 개인 식별 동작과 같은 접근 또는 식별 제어로서, 신체의 보행 또는 이동, 수 신호 또는 동작, 또는 신체 부위 또는 전신의 신호 또는 동작의 방식으로 사람을 인식하는 것과 같이 사람의 동작 프로파일을 인식하는 데 사용될 수 있다.
또한, 스마트 홈 적용례 또는 사물 인터넷과 관련하여, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는, 가전 제품 및/또는 가정용 장치의 상호 접속 네트워크의 일부일 수 있는 가정용 장치, 예컨대 냉장고, 중앙 가열기, 에어컨, 전자렌지, 제빙기, 또는 물 비등기, 또는 오락 장치, 예컨대 텔레비전 세트, 스마트폰, 게임 콘솔, 비디오 레코더, DVD 플레이어, 개인용 컴퓨터, 랩톱, 태블릿 또는 이들의 조합, 또는 가정용 장치 및 엔터테인먼트 장치의 조합의 중앙 또는 비-중앙 제어에 사용될 수 있다.
또한, 가상 현실 또는 증강 현실의 맥락에서, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는 가상 현실 적용례 또는 증강 현실 적용례의 동작 또는 기능의 제어, 예컨대 제스처, 신체 동작 또는 신체 일부의 동작 등을 사용하는 게임의 수행 또는 제어, 가상 세계를 통한 이동, 가상 대상물의 조작, 공, 체스 피규어, 고 스톤(go stone), 악기, 공구, 브러시와 같은 가상 대상물을 사용한 스포츠, 예술, 크래프트(craft), 음악 또는 게임의 실시, 수행 또는 연주에 사용될 수 있다.
또한, 의학의 맥락에서, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는, 재활 훈련, 원격 진단을 지원하거나, 수술 또는 치료를 감시하거나 조사하여 의료 장치의 위치와 함께 의료 영상을 중첩 및 표시하거나, 수술 또는 치료 중에 기록된 내시경 또는 초음파 등의 이미지와 자기 공명 단층 촬영(magnetic resonance tomography) 또는 엑스레이 등의 사전 기록된 의료 이미지를 중첩 표시하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 제조 및 공정 자동화와 관련하여, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는, 로봇, 무인 항공기, 무인 자율 주행 차량, 서비스 로봇, 이동 가능한 대상물 등을 제어, 교육 또는 프로그램하기 위해, 예컨대 프로그래밍, 제어, 제조, 조작, 수리 또는 교육 목적을 위해, 또는 안전상의 이유로 또는 유지 보수 목적으로 대상물 또는 영역을 원격 조작을 위해 사용될 수 있다.
또한, 비즈니스 인텔리전스 메트릭스의 맥락에서, 제스처 인식과 조합된 본 발명에 따른 장치는 사람 계수, 고객 동작 조사, 고객이 시간을 소비하는 영역, 대상물, 고객 테스트, 테이크, 프로브 등에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히, 제조, 최소 또는 최대 거리의 유지, 또는 안전 조치에서 정밀도를 지원하기 위해, 드릴링 머신, 톱, 치즐, 해머, 렌치, 스테이플 건(staple gun), 디스크 커터, 금속 쉬어(shear) 및 니블러(nibbler), 각도 그라인더, 다이 그라인더, 드릴, 해머 드릴, 히트 건, 렌치, 샌더, 인그레이버, 네일러, 지그 톱, 비스킷 결합기, 목재 라우터, 대패, 폴리셔, 타일 커터, 와셔, 롤러, 월 체이서, 래스(lath), 충격 드라이버, 조인터, 페인트 롤러, 스프레이 건, 모티서(morticer) 또는 용접기 등과 같은 전기 또는 모터 구동 공구 또는 전동 공구와 같은 자가 제작용 공구 또는 전문 공구와 관련하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 시각 장애인을 돕기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 소매 환경, 의료 적용례, 생산 환경 등에서 사용될 수 있는, 예컨대 위생적 이유로 직접적인 문맥을 피하기 위해 터치 스크린에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 안정한 청소 로봇, 달걀 수집 기계, 착유기, 수확기, 농기계, 수확기, 포워더(forwarder), 콤바인 수확기, 트랙터, 경운기, 쟁기, 데스토너, 하로우(harrow), 스트립 틸, 브로드캐스트 시더(seeder), 파종기, 예컨대 감자 파종기, 분뇨 살포기, 분무기, 스프링클러 시스템, 스와터(swather), 베일러(baler), 로더, 지게차, 잔디깎기 등에서와 같은 농산물 생산 환경에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 제한된 의사 소통 기술 또는 능력을 가진 어린이 또는 장애인 등과 같은 사람 또는 동물을 위한 의복, 신발, 안경, 모자, 보철물, 치과 교정기의 선택 및/또는 개조를 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 창고, 물류, 유통, 선적, 로딩, 하역, 스마트 제조, 산업 4.0 등과 같은 맥락에서 사용될 수 있다. 또한, 제조상에서, 본 발명에 따른 장치는 가공, 분배, 벤딩, 물질 취급 등과 관련하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 다른 유형의 측정 장치와 조합될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 비행 시간(TOF) 검출기, 입체 카메라(stereo camera), 라이트필드 카메라, 라이다(lidar), 레이더, 소나(sonar), 초음파 검출기 또는 간섭계와 같은 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치를 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합할 때, 본 발명에 따른 장치 및 하나 이상의 추가 센서 또는 검출기는 독립적인 장치로 설계될 수 있으며, 이때 본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 추가 센서 또는 검출기와는 별개이다. 대안적으로, 본 발명에 따른 장치들 및 하나 이상의 추가 센서 또는 검출기는 완전히 또는 부분적으로 단일 장치로서 통합되거나 설계될 수 있다.
따라서, 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 장치는 입체 카메라를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 입체 카메라는 2 개 이상의 상이한 관점으로부터 장면 또는 대상물의 이미지를 캡처하도록 설계된 카메라이다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 입체 카메라와 조합될 수 있다.
입체 카메라의 기능은 일반적으로 당업계에 공지되어 있는데, 이는 입체 카메라가 일반적으로 당업자에게 알려져 있기 때문이다. 본 발명에 따른 장치와의 조합은 추가적인 거리 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 입체 카메라에 의해 캡쳐된 장면 내의 하나 이상의 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 제공하기 위해, 입체 카메라의 정보에 부가하여 구성될 수 있다. 입체 카메라를 사용하여 수행된 삼각 측량 측정값을 평가함으로써 얻어진 거리 정보와 같이, 입체 카메라에 의해 제공되는 정보는, 본 발명에 따른 장치를 사용하여 교정 및/또는 유효화될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 예컨대 삼각 측량 측정을 사용함으로써 하나 이상의 대상물의 종방향 위치에 하나 이상의 제 1 정보 항목을 제공하기 위해 상기 입체 카메라가 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 장치가 하나 이상의 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 제 2 정보 항목을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 제 1 정보 항목과 제 2 정보 항목은 측정의 정확성을 높이기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 정보 항목은 제 2 정보 항목을 교정하는데 사용될 수 있거나 그 반대일 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 장치는, 예로서, 입체 카메라 및 본 발명에 따른 장치를 갖는 입체 카메라 시스템을 형성할 수 있으며, 여기서, 상기 입체 카메라 시스템은, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 정보를 이용함으로써 입체 카메라에 의해 제공된 정보를 교정하도록 구성된다.
결과적으로, 부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 장치는, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 제 2 정보 항목을 사용하여, 입체 카메라에 의해 제공되는 제 1 정보 항목을 보정하도록 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 장치는, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 제 2 정보 항목을 사용하여 입체 카메라의 광학 왜곡을 보정하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 입체 카메라에 의해 제공되는 입체 정보를 계산하도록 구성될 수 있고, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공된 제 2 정보 항목은 입체 정보의 계산을 가속화하는데 사용될 수 있다.
예로서, 본 발명에 따른 장치는, 입체 카메라를 교정하기 위해 본 발명에 따른 장치에 의해 캡쳐된 장면 내의 하나 이상의 가상 또는 실제 대상물을 사용하도록 구성될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 대상물 및/또는 영역 및/또는 스폿이 교정을 위해 사용될 수 있다. 일 예로서, 하나 이상의 대상물 또는 스폿의 거리는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 결정될 수 있고, 이 거리를 이용하여 입체 카메라에 의해 제공된 거리 정보는 교정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 장치의 하나 이상의 활성 광 스폿은 입체 카메라의 교정 포인트로서 사용될 수 있다. 예를 들어 활성 광 스폿은 사진에서 자유롭게 이동할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 능동 거리 센서에 의해 제공된 정보를 이용하여 입체 카메라를 연속적으로 또는 불연속적으로 교정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일례로서, 교정은 규칙적인 간격으로, 연속적으로 또는 때때로 수행될 수 있다.
또한, 전형적인 입체 카메라는 대상물의 거리에 의존하는 측정 오차 또는 불확실성을 나타낸다. 이 측정 오차는 본 발명에 따른 장치에 의해 제공된 정보와 결합될 때 감소될 수 있다.
입체 카메라와 다른 유형의 거리 센서의 조합은 당업계에 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 문헌[D. Scaramuzza et al., IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS 2007, pp. 4164-4169, 2007]에는 자연 장면으로부터의 카메라 및 3D 레이저 거리 파인더의 외적(extrinsic) 자가-교정이 개시되었다. 이와 유사하게, 문헌[D. Klimentjew et al., IEEE Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems (MFI), pages 236- 241, 2010]에는, 대상물 인식을 위한 카메라와 3D 레이저 거리 파인더의 다중 센서 융합이 개시되었다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 당업계에 공지된 이러한 셋업에서의 레이저 거리 파인더는, 이러한 종래 기술 문서에 개시된 방법 및 이점을 변경하지 않으면서 본 발명에 따른 하나 이상의 장치로 간단하게 대체되거나 보완될 수 있다. 입체 카메라의 잠재적인 셋업을 위해, 이들 선행 기술 문헌을 참조할 수 있다. 여전히, 하나 이상의 임의적인 입체 카메라의 다른 셋업 및 실시양태가 가능하다.
바람직하게는, 광학적 검출기, 방법, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 및 검출기의 다양한 용도, 특히 전달 장치, 횡방향 광학 센서, 평가 장치, 및 적용가능한 경우, 종방향 광학 센서, 변조 장치, 조명원 및 이미지화 장치, 특히 잠재적인 물질, 셋업 및 추가의 세부 사항들에 관하여, WO 2012/ 110924 A1, US 2012/206336 A1, WO 2014/097181 A1, US 2014/291480 A1, 및 PCT 특허 출원 PCT/EP2016/051817(2016 년 1 월 28 일 출원) 중 하나 이상을 참조할 수 있으며, 이들 모두의 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 적외선 검출 적용례, 열 검출 적용례, 온도계 적용례, 열-탐색 적용례, 화염 검출 적용례, 화재 검출 적용례, 연기 검출 적용례, 온도 감지 적용례, 분광 분석 적용례 등에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 포토카피 또는 제로그래피(xerography) 적용례에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 배기 가스를 모니터링하고, 연소 공정을 모니터링하고, 산업 공정을 모니터링하고, 화학 공정을 모니터링하고, 식품 가공 공정을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 온도 제어, 동작 제어, 배기 제어, 가스 감지, 가스 분석, 동작 감지, 화학적 감지 등에 사용될 수 있다.
광학 센서들 중 하나 이상을 포함하는 상술한 광학 센서 및 검출기, 방법, 인간-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치, 또한 제안된 용도는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 구체적으로 하나 이상의 대상물의 깊이, 및 깊이와 폭 둘다와 관련하여 공간에서의 하나 이상의 대상물의 위치를 정확하게 결정하기 위한 간단하고, 여전히 효율적인 검출기가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 센서는 IR 스펙트럼 범위의 하나 이상의 일부에 특히 민감하여, 적외선에 대해 효율적이고, 신뢰성있고, 대면적의 위치 감지 장치를 제공할 수 있다.
당업계에 공지된 장치와 비교 시에, 바람직하게는 부피가 크지 않은 기밀 패키지로서 공급될 수 있는, 본원에 제안된 광학 센서는, 그럼에도 불구하고, 외부 영향, 예컨대 습기 및/또는 산소에 의해, 심지어는 승온 및 다습에서 가능한 열화에 대해 고도의 보호를 제공한다. 여기서, 광학 센서에 사용되는 물질은 광학 센서가 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 적절한 흡수 특성을 나타낼 수 있도록 선택될 수 있다. 예로서, Al2O3 물질을 포함하는 커버 층은, 5 ㎛까지의 파장을 갖는 광 빔에 대해 투명할 수 있다. 다른 물질은 다른 스펙트럼 범위에 걸쳐 다른 원하는 흡수 특성을 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 다양한 물질이 약 1.3 초과의 굴절률(예컨대 약 1.75의 Al2O3)을 나타내기 때문에, 각각의 선택된 커버 층은, 동시에 반사 방지층으로서 기능할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 유형의 커버 물질은 등각 방식으로 광 전도성 물질의 표면을 단단히 따라갈 수 있는 매끈한 커버 층을 형성할 수 있다. 따라서, 센서 영역으로서 기능할 수 있는 광 전도성 물질 내의 광 강도가 임의의 추가의 노력이나 임의의 추가의 물질없이 증가될 수 있기 때문에, 이 효과가 더욱 유리할 수 있다.
또한, 광학 센서는 간단하게 제조될 수 있고 패키지에 쉽게 통합될 수 있다. 여기서, 특히 원자 층 침착(ALD) 또는 ALD와 스퍼터링의 조합을 사용한 본 발명에 따른 커버 층의 제조는, 광 전도성 물질 층의 핀홀 및 다공성 구조를 용이하게 충전할 수 있으며, 따라서 무-누설 캡슐화를 제공한다. 이와 관련하여, ALD 공정 또는 ALD와 스퍼터링의 조합은 일반적으로, 단일 배치 내의 많은 복수의 샘플에 적용될 수 있는 배치 공정이라고 언급할 수 있다. 따라서, 접착제 디스펜싱과 비교하여, 본 발명에 따라 더 빠르고 저렴한 캡슐화가 수행될 수 있다. 또한, 광학 센서의 커버 층 및 부피가 크지 않은 기밀 패키지를 통한 전기 접촉부의 결합성은 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 회로 캐리어 장치에 용이하게 통합될 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 캡슐화된 광 전도성 층은 기판의 상부로부터 하부로의 직접적이고 기밀된 연결을 허용할 수 있는 관통 유리 비아를 사용함으로써 접촉될 수 있다. 이러한 대안적인 실시양태에서, 장치는 PCB와 같은 회로 캐리어 장치 상에 직접 접착 또는 납땜될 수 있다.
요약하면, 본 발명과 관련하여, 하기 실시양태가 특히 바람직한 것으로 간주된다:
실시양태 1: 하나 이상의 광 전도성 물질의 층, 상기 광 전도성 물질의 층과 접촉하는 2 개 이상의 개별 전기 접촉부, 및 상기 광 전도성 물질의 층 상에 침착된 커버 층을 포함하는 광학 센서로서, 상기 커버 층은 하나 이상의 금속-함유 화합물을 포함하는 비정질 층인, 광학 센서.
실시양태 2: 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물이 금속 또는 반금속을 포함하고, 이때 상기 금속은 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 반금속은 B, Si, Ge, As, Sb 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 3: 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물이 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 및 W로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 4: 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물이 산화물, 수산화물, 칼코게나이드, 닉타이드, 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 5: 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물이 Al, Ti, Zr 또는 Hf의 하나 이상의 산화물, 하나 이상의 수산화물 또는 이들의 조합; 또는 Si의 질화물을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 6: 상기 커버 층이 광 전도성 물질에 대한 캡슐화 층 및/또는 활성화 층으로서 기능하도록 구성된, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 7: 상기 커버 층이 반사 방지층으로서 기능하도록 추가로 구성된, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 8: 상기 커버 층이 2 개 이상의 인접한 층들을 갖는 라미네이트이거나 이를 포함하고, 상기 인접한 층들은 이들 각각의 조성이 상이하고, 상기 인접한 층들 중 하나 이상은 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물을 포함하는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 9: 상기 인접한 층들 중 하나 이상이 금속 화합물, 중합체 화합물, 실리콘 화합물, 유리 화합물 중 하나 이상을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 10: 상기 커버 층이 10 nm 내지 600 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 200 nm, 보다 바람직하게는 40 nm 내지 100 nm, 가장 바람직하게는 50 nm 내지 75 nm의 두께를 갖는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 11: 상기 커버 층이 상기 광 전도성 물질의 층의 인접한 표면에 대한 등각(conformal) 층이고, 상기 등각 층의 두께는 바람직하게는, 상기 커버 층의 표면의 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상, 가장 바람직하게는 99 % 이상에 걸쳐 ± 50 ㎚, 바람직하게는 ± 20 ㎚, 가장 바람직하게는 ± 10 ㎚의 편차 내에서 광 전도성 물질의 상응하는 표면을 따르는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 12: 상기 커버 층이 원자 침착 층 또는 화학 증착 층인, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 13: 상기 커버 층이 반사 방지층, 광학 필터 층, 캡슐화 층, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층, 또는 전도성 층 중 하나 이상의 특성을 추가로 포함하는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 14: 상기 커버 층이 하나 이상의 추가 층으로 적어도 부분적으로 추가로 코팅되고/되거나, 상기 하나 이상의 추가 층이 상기 광 전도성 물질과 상기 커버 층 사이에 적어도 부분적으로 침착되는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 15: 상기 추가 층이 반사 방지층, 광학 필터 층, 캡슐화 층, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층, 또는 전도성 층 중 하나 이상이거나 이를 포함하는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 16: 상기 광 전도성 물질이 무기 광 전도성 물질을 포함하는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 17: 상기 무기 광 전도성 물질이 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 광 전도성 금속 산화물, IV 족 원소 또는 화합물, III-V 족 화합물, II-VI 족 화합물, 칼코게나이드, 닉토게나이드, 할로겐화물, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체 중 하나 이상을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 18: 상기 칼코게나이드가 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3 원 칼코게나이드, 4 원 이상의 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 19: 상기 설파이드 칼코게나이드가 납 설파이드(PbS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 설파이드(ZnS), 수은 설파이드(HgS), 은 설파이드(Ag2S), 망간 설파이드(MnS), 비스무스 트리설파이드(Bi2S3), 안티몬 트리설파이드(Sb2S3), 비소 트리설파이드(As2S3), 주석 (II) 설파이드(SnS), 주석 (IV) 디설파이드(SnS2), 인듐 설파이드(In2S3), 구리 설파이드(CuS), 코발트 설파이드(CoS), 니켈 설파이드(NiS), 몰리브덴 디설파이드(MoS2), 철 디설파이드(FeS2), 크롬 트리설파이드(CrS3), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 광학 센서.
실시양태 20: 상기 셀레나이드 칼코게나이드가 납 셀레나이드(PbSe), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 아연 셀레나이드(ZnSe), 비스무스 트리셀레나이드(Bi2Se3), 수은 셀레나이드(HgSe), 안티몬 트리셀레나이드(Sb2Se3), 비소 트리셀레나이드(As2Se3), 니켈 셀레나이드(NiSe), 탈륨 셀레나이드(TlSe), 구리 셀레나이드(CuSe), 몰리브덴 디셀레나이드(MoSe2), 주석 셀레나이드(SnSe), 코발트 셀레나이드(CoSe), 인듐 셀레나이드(In2Se3), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 21: 상기 텔루라이드 칼코게나이드가 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 텔루라이드(HgTe), 비스무스 트리텔루라이드(Bi2Te3), 비소 트리텔루라이드(As2Te3), 안티몬 트리텔루라이드(Sb2Te3), 니켈 텔루라이드(NiTe), 탈륨 텔루라이드(TlTe), 구리 텔루라이드(CuTe), 몰리브덴 디텔루라이드(MoTe2), 주석 텔루라이드(SnTe), 및 코발트 텔루라이드(CoTe), 은 텔루라이드(Ag2Te), 인듐 텔루라이드(In2Te3), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 3 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 22: 상기 3 원 칼코게나이드가 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 수은 카드뮴 설파이드(HgCdS), 납 카드뮴 설파이드(PbCdS), 납 수은 설파이드(PbHgS), 구리 인듐 디설파이드(CuInS2), 카드뮴 설포셀레나이드(CdSSe), 아연 설포셀레나이드(ZnSSe), 탈러스 설포셀레나이드(TlSSe), 카드뮴 아연 설파이드(CdZnS), 카드뮴 크롬 설파이드(CdCr2S4), 수은 크롬 설파이드(HgCr2S4), 구리 크롬 설파이드(CuCr2S4), 카드뮴 납 셀레나이드(CdPbSe), 구리 인듐 디셀레나이드(CuInSe2), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 납 옥사이드 설파이드(Pb2OS), 납 옥사이드 셀레나이드(Pb2OSe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 비소 셀레나이드 텔루라이드(As2Se2Te), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 셀레나이트(CdSeO3), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 카드뮴 아연 셀레나이드(CdZnSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 4 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 23: 상기 광 전도성 금속 산화물이 구리 (II) 옥사이드(CuO), 구리 (I) 옥사이드(CuO2), 니켈 옥사이드(NiO), 아연 옥사이드(ZnO), 은 옥사이드(Ag2O), 망간 옥사이드(MnO), 티타늄 디옥사이드(TiO2), 바륨 옥사이드(BaO), 납 옥사이드(PbO), 세륨 옥사이드(CeO2), 비스무스 옥사이드(Bi2O3), 카드뮴 옥사이드(CdO), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 5 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 24: 상기 II-VI 족 화합물이 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 설파이드(HgS), 수은 셀레나이드(HgSe), 수은 텔루라이드(HgTe),카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 및 수은 아연 셀레나이드(CdZnSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 6 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 25: 상기 III-V 족 화합물이 인듐 안티모나이드(InSb), 붕소 니트라이드(BN), 붕소 포스파이드(BP), 붕소 아르세나이드(BAs), 알루미늄 니트라이드(AlN), 알루미늄 포스파이드(AlP), 알루미늄 아르세나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 인듐 니트라이드(InN), 인듐 포스파이드(InP), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 니트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 및 갈륨 안티모나이드(GaSb), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 7 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 26: 상기 IV 족 원소 또는 화합물이 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 규소(Si), 규소 카바이드(SiC) 및 규소 게르마늄(SiGe)을 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 8 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 27: 상기 커버 층이 광 전도성 물질의 층과 직접 접촉하는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 28: 상기 커버 층이, 상기 광 전도성 물질의 접근가능한 표면을 완전히 덮는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 29: 상기 커버 층이 상기 전기 접촉부를 적어도 부분적으로 덮는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 30: 상기 전기 접촉부가 바람직하게는 와이어, 특히 Au, Al 또는 Cu 와이어를 사용하여 결합가능한 것인, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 31: 상기 전기 접촉부가 상기 커버 층을 통해 결합가능한 것인, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 32: 2 개 이상의 전기 접촉부가 광 전도성 물질의 층의 상이한 위치에 적용되는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 33: 상기 전기 접촉부가, Ag, Pt, Mo, Al, Au 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 전극 물질을 포함하는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 34: 상기 전기 접촉부에 접착제 층이 제공되고, 상기 접착제 층은 결합을 위해 구성되는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 35: 상기 접착제 층이 Ni, Cr, Ti 또는 Pd 중 하나 이상을 포함하는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 36: 상기 광 전도성 물질의 하나 이상의 층이 하나 이상의 기판에 직접 또는 간접적으로 적용되는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 37: 상기 커버 층 및 상기 기판 중 하나 이상이 파장 범위 내에서 광학적으로 투명한, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 38: 상기 기판이 전기 절연 기판인, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 39: 상기 기판이 유리, Si, 투명 전도성 산화물(TCO), 또는 투명 유기 중합체 중 하나를 포함하며, 상기 투명 전도성 산화물이 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 산화 주석(SnO2:F; FTO), 알루미늄 도핑된 산화 아연(AZO), 산화 마그네슘(MgO) 또는 페로브스카이트 투명 전도성 산화물을 포함하는, 상기 3 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 40: 상기 기판이 전기 전도성 기판이거나 이를 포함하고, 추가의 절연 중간층이 상기 전기 전도성 기판과 상기 광 전도성 물질의 하나 이상의 층 사이에 존재하는, 상기 4 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 광학 센서.
실시양태 41:
- 상기 실시양태들 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 광학 센서로서, 하나 이상의 센서 영역을 포함하며, 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된, 광학 센서; 및
- 상기 광학 센서의 센서 신호를 평가함으로써 대상물의 하나 이상의 좌표를 생성하도록 설계된, 하나 이상의 평가 장치
를 포함하는, 하나 이상의 대상물의 광학적 검출을 위한 검출기.
실시양태 42: 상기 센서 영역이 정확히 하나의 연속 센서 영역인, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 43: 상기 광학 센서의 센서 영역이 각각의 장치의 표면에 의해 형성되고, 상기 표면이 대상물로 향하거나 대상물로부터 멀어지는 방향으로 향하는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 44: 상기 검출기가 상기 센서 영역의 적어도 일부의 전기 저항 또는 전도도를 측정하는 것 중 하나 이상에 의해 센서 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 3 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 45: 상기 검출기가 하나 이상의 전류-전압 측정 및/또는 하나 이상의 전압-전류 측정을 수행함으로써 센서 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 46: 바이어스 전압원을 추가로 포함하는 검출기에 관한 것인, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 47: 상기 바이어스 전압원 및 부하 레지스터가 종방향 광학 센서와 직렬로 배치되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 48: 상기 종방향 광학 센서의 광 전도성 물질에 바이어스 전압이 인가되는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 49: 상기 검출기가, 조명을 변조하기 위한 하나 이상의 변조 장치를 추가로 갖는, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 50: 상기 광 빔이 변조된 광 빔인, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 51: 상기 검출기가, 상이한 변조의 경우에 2 개 이상의 센서 신호, 특히 상이한 변조 주파수에서의 2 개 이상의 센서 신호를 검출하도록 설계되고, 상기 평가 장치가 각각 상이한 변조 주파수에서 상기 2 개 이상의 센서 신호를 평가함으로써 대상물의 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 52: 상기 광학 센서가 또한, 조명의 동일한 총 파워가 주어진 경우에 센서 신호가 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계된, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 53: 상기 광 빔이 비-변조 연속파 광 빔인, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 54: 상기 센서 신호가 종방향 센서 신호이고, 상기 종방향 센서 신호는, 조명의 동일한 총 파워가 주어진 경우, 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존하고, 상기 종방향 센서 신호는, 조명의 동일한 총 파워가 주어진 경우, 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존하고, 상기 평가 장치는 상기 종방향 센서 신호를 평가함으로써 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 55: 상기 평가 장치가, 바람직하게는 조명의 공지된 파워를 고려하고, 임의적으로는, 조명이 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 조명의 기하학적 구조와 검출기에 대한 대상물의 상대적 위치 사이의 하나 이상의 사전결정된 관계로부터 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 56: 상기 센서 신호가 전체 센서 영역에 대한 균일한 센서 신호인, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 57: 상기 평가 장치가 종방향 센서 신호를 정규화하고, 광 빔의 강도와 독립적으로 대상물의 종방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된, 상기 3 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 58: 상기 평가 장치가, 상이한 종방향 센서의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 광 빔이 넓어지거나 좁아지는지를 인식하도록 구성된, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 59: 상기 평가 장치가, 하나 이상의 종방향 센서 신호로부터 광 빔의 직경을 결정함으로써 대상물의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 구성된, 상기 5 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 60: 상기 평가 장치가, 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서의 하나 이상의 전파 좌표에 대한 광 빔의 빔 직경의 공지된 의존성 및/또는 광 빔의 공지된 가우시안(Gaussian) 프로파일로부터 대상물의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하기 위해, 광 빔의 직경을 광 빔의 공지의 빔 특성과 비교하도록 구성된, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 61: 상기 센서 신호가 횡방향 센서 신호이고, 상기 횡방향 센서 신호가 광 전도성 물질과 접촉하는 전기 접촉부에 의해 제공되는, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 62: 상기 전기 접촉부가 하나 이상의 분할 전극으로서 구성되고, 상기 바이어스 전압원이 상기 하나 이상의 분할 전극에 적용가능하고, 상기 평가 장치가 추가로, 상기 바이어스 전압원 및 상기 하나 이상의 분할 전극을 적용하고 상기 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 대상물의 횡방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 63: 상기 분할 전극이 2 개 이상의 부분 전극을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 64: 적어도 4 개의 부분 전극이 제공되고, 각각의 부분 전극은 바람직하게는 T 자형을 포함하는 형태로 제공되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 65: 상기 부분 전극을 통한 전류가 상기 센서 영역에서의 광 빔의 위치에 의존하는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 66: 상기 횡방향 광학 센서가 상기 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 평가 장치가 상기 부분 전극을 통한 전류의 하나 이상의 비율로부터의 대상물의 횡방향 위치 정보를 생성하도록 구성된, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 67: 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하는, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 68: 상기 조명원이, 상기 대상물에 적어도 부분적으로 연결되고/되거나 상기 대상물과 적어도 부분적으로 동일한 조명원; 및 1 차 방사선으로 대상물을 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명원으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 69: 상기 광 빔이 대상물 상의 1 차 방사선의 반사 및/또는 1 차 방사선에 의해 자극된 대상물 자체에 의한 광 방출에 의해 발생되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 70: 상기 광학 센서의 스펙트럼 감도(spectral sensitivity)가 상기 조명원의 스펙트럼 범위에 의해 커버되는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 71: 상기 검출기가 2 개 이상의 광학 센서를 가지며, 상기 광학 센서가 적층되는, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 72: 상기 광학 센서가 광축을 따라 적층된, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 73: 상기 광학 센서가, 상기 대상물로부터의 광 빔이 바람직하게는 순차적으로 복수의 광학 센서를 조명하도록 배열되고, 상기 하나 이상의 센서 신호가 각각의 광학 센서에 의해 생성되는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 74: 상기 검출기가 하나 이상의 전달 장치를 추가로 포함하고, 상기 전달 장치가 광 빔을 광학 센서 상으로 유도하도록 구성된, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 75: 상기 전달 장치가 광학 렌즈, 거울, 빔 스플리터, 광학 필터 중 하나 이상을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 76: 상기 검출기가 하나 이상의 이미지화 장치를 추가로 포함하는, 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 77: 상기 이미지화 장치가 상기 대상물로부터 가장 먼 위치에 위치하는, 상기 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 78: 상기 이미지화 장치가 카메라를 포함하는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 79: 상기 이미지화 장치가, 무기(inorganic) 카메라; 단색 카메라; 다색 카메라; 풀-컬러 카메라; 픽셀 화된 무기 칩; 픽셀화된 유기 카메라; CCD 칩, 바람직하게는 멀티-컬러 CCD 칩 또는 풀-컬러 CCD 칩; CMOS 칩; IR 카메라; RGB 카메라 중 하나 이상을 포함하는, 상기 3 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 검출기.
실시양태 80: 검출기에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른, 2 개 이상의 검출기를 포함하는 어레인지먼트.
실시양태 81: 상기 어레인지먼트가 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하는, 상기 실시양태에 따른 어레인지먼트.
실시양태 82: 사용자와 기계 사이에서, 특히 제어 명령을 입력하기 위해 하나 이상의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 상기 인간-기계 인터페이스는, 검출기에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하고, 상기 인간-기계 인터페이스는 상기 검출기에 의해 상기 사용자의 기하학적 정보 중 하나 이상의 항목을 생성하도록 설계되고, 상기 인간-기계 인터페이스는 상기 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 항목, 특히 하나 이상의 제어 명령을 할당하도록 설계되는, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 83: 상기 사용자의 기하학적 정보 중 하나 이상의 항목이, 사용자의 신체 위치; 사용자의 하나 이상의 신체 부분의 위치; 사용자의 신체의 방위; 및 사용자의 하나 이상의 신체 부분의 방위로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 인간-기계 인터페이스.
실시양태 84: 상기 인간-기계 인터페이스가 상기 사용자에 연결가능한 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함하며, 상기 인간-기계 인터페이스는 상기 검출기가 상기 하나 이상의 비콘 장치의 위치에 관한 정보를 생성할 수 있도록 구성된, 상기 2 개의 실시양태에 따른 인간-기계 인터페이스.
실시양태 85: 상기 비콘 장치가 상기 검출기로 전송될 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 인간-기계 인터페이스.
실시양태 86: 하나 이상의 엔터테인먼트 기능, 특히 게임을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 상기 엔터테인먼트 장치가 인간-기계 인터페이스에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스를 포함하며, 상기 엔터테인먼트 장치가 인간-기계 인터페이스에 의해 플레이어에 의해 하나 이상의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되며, 상기 엔터테인먼트 장치가 상기 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경시키도록 설계된, 엔터테인먼트 장치.
실시양태 87: 하나 이상의 이동가능한 대상물의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 상기 추적 시스템은, 검출기에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하고, 상기 추적 시스템은 하나 이상의 트랙 제어기를 추가로 포함하며, 상기 트랙 제어기는 대상물의 일련의 위치를 추적하도록 구성되며, 각각은 특정 시점에서 대상물의 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 포함하는, 추적 시스템.
실시양태 88: 상기 추적 시스템이 상기 대상물에 연결가능한 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 이때 상기 추적 시스템은, 상기 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 대상물의 위치에 대한 정보를 생성할 수 있도록 구성된, 상기 실시양태에 따른 추적 시스템.
실시양태 89: 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 위치를 결정하는 스캐닝 시스템으로서, 상기 스캐닝 시스템은, 상기 검출기에 관한 실시양태들 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하며, 상기 스캐닝 시스템은 상기 하나 이상의 대상물의 하나 이상의 표면에 배치된 하나 이상의 점의 조명을 위해 구성된 하나 이상의 광 빔을 방출하도록 구성된 하나이상의 조명원을 추가로 포함하고, 상기 스캐닝 시스템은, 상기 하나 이상의 검출기에 의해 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 스캐닝 시스템.
실시양태 90: 상기 조명원이 하나 이상의 인공 조명원, 특히 하나 이상의 레이저 원 및/또는 하나 이상의 백열 램프 및/또는 하나 이상의 반도체 광원을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 스캐닝 시스템.
실시양태 91: 상기 조명원이 복수의 개별적인 광 빔, 특히 각각의 피치, 특히 규칙적인 피치를 나타내는 광 빔의 어레이를 방출하는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 스캐닝 시스템.
실시양태 92: 상기 스캐닝 시스템이 하나 이상의 하우징을 포함하는, 상기 3 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 스캐닝 시스템.
실시양태 93: 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 거리 사이의 거리에 관한 하나 이상의 정보 항목이, 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템의 하우징, 특히 하우징의 전방 에지 또는 후방 에지 상의 특정 지점 사이에서 결정되는, 상기 실시양태에 따른 스캐닝 시스템.
실시양태 94: 상기 하우징이 디스플레이, 버튼, 고정 유닛, 및 평탄화 유닛 중 하나 이상을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 스캐닝 시스템.
실시양태 95: 추적 시스템에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 추적 시스템 및 스캐닝 시스템에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나의 실시양태에 따른 하나 이상의 스캐닝 시스템을 포함하는 입체 시스템으로서. 상기 추적 시스템 및 상기 스캐닝 시스템은 각각, 입체 시스템의 광축에 평행한 배향으로 정렬되고, 동시에, 입체 시스템의 광축에 수직인 배향에 대해 개별적인 변위를 나타내는 방식으로 시준 배열로 배치된 하나 이상의 광학 센서를 포함하는, 입체 시스템.
실시양태 96: 상기 추적 시스템 및 상기 스캐닝 시스템 각각이 하나 이상의 종방향 광학 센서를 포함하며, 이때 상기 종방향 광학 센서의 센서 신호는 대상물의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하기 위해 결합되는, 상기 실시양태에 따른 입체 시스템.
실시양태 97: 상기 종방향 광학 센서의 센서 신호가 상이한 변조 주파수를 적용함으로써 서로 구별될 수 있는, 상기 실시양태에 따른 입체 시스템.
실시양태 98: 상기 입체 시스템이 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 추가로 포함하고, 상기 횡방향 광학 센서의 센서 신호가 대상물의 횡방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하는데 사용되는, 상기 실시양태에 따른 입체 시스템.
실시양태 99: 대상물의 종방향 위치에 관한 정보 항목과 대상물의 횡방향 위치에 관한 정보 항목을 조합함으로써 대상물의 입체 장면이 수득되는, 상기 실시양태에 따른 입체 시스템.
실시양태 100: 하나 이상의 대상물을 이미지화하기 위한 카메라로서, 상기 카메라가 상기 검출기에 관한 실시양태 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하는, 카메라.
실시양태 101: 광학 센서의 제조 방법으로서,
a) 하나 이상의 광 전도성 물질의 층을 제공하는 단계;
b) 그 후, 하나 이상의 금속-함유 화합물에 반응하도록 구성된 하나 이상의 전구체를 적용하고, 이로써 상기 금속-함유 화합물이 상기 광 전도성 물질의 층상에 비정질 커버 층으로서 침착되는 단계; 및
c) 그 후, 상기 비정질 커버 층을 열처리하는 단계
를 포함하고,
상기 광 전도성 물질의 층과 전기적으로 접촉하는 2 개 이상의 전기 접촉부가 추가로 제공되는, 제조 방법.
실시양태 102: 상기 금속-함유 화합물이 금속 또는 반금속을 포함하고, 이때 상기 금속은 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 반금속은 B, Si, Ge, As, Sb 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 103: 상기 금속-함유 화합물에서의 금속이 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 및 W로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 104: 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물이 산화물, 수산화물, 칼코게나이드, 닉타이드, 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 105: 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물이 Al, Ti, Zr 또는 Hf의 하나 이상의 산화물, 하나 이상의 수산화물 또는 이들의 조합; 또는 Si의 질화물을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 106 : 단계 b)가 1 회 이상 반복되는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 107: 2 개 이상의 인접한 층들이 라미네이트로서 침착되고, 상기 인접한 층들이 그들의 각각의 조성에 대해 상이하도록 선택되고, 상기 인접한 층들 중 하나 이상은 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물을 포함하는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 108: 상기 인접한 층들 중 하나 이상이 금속 화합물, 중합체 화합물, 실리콘 화합물, 및 유리 화합물 중 하나 이상을 포함하도록 선택되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 109: 상기 커버 층이 10 내지 600 nm, 바람직하게는 20 내지 200 nm, 더욱 바람직하게는 40 nm 내지 100 nm, 가장 바람직하게는 50 내지 75 nm의 두께를 달성할 때까지 광 전도성 물질 상에 침착되는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 110: 상기 커버 층이, 상기 광 전도성 물질의 인접한 표면에 대한 등각 층인 방식으로 광 전도성 물질 상에 침착되는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 111: 상기 등각 층의 두께가, 상기 커버 층의 표면의 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상, 가장 바람직하게는 99 % 이상에 걸쳐 ± 50 ㎚, 바람직하게는 ± 20 ㎚, 가장 바람직하게는 ± 10 ㎚의 편차 내에서 광 전도성 물질의 상응하는 표면을 따르는, 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 112: 상기 광 전도성 물질 상에 금속-함유 화합물을 침착시키기 위해 하나 이상의 침착 방법이 사용되고, 이때 상기 하나 이상의 침착 방법은 바람직하게는, 화학 증착 공정, 스퍼터링 공정 또는 이들의 조합으로부터, 바람직하게는 원자 층 침착 공정, 및 원자 층 침착 공정과 스퍼터링 공정의 조합으로부터 선택되는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 113: 2 가지 상이한 유형의 전구체가 사용되되, 이때 제 1 전구체가 금속-유기 전구체이거나 이를 포함하고, 제 2 전구체가 유체이거나 이를 포함하는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 114: 상기 금속-함유 화합물이 Al을 포함하고, 상기 제 1 전구체가 TMA이거나 이를 포함하고, 제 2 전구체가 H2O, 이의 용액 또는 오존이거나 이를 포함하는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 115: 상기 금속-함유 화합물이 Zr을 포함하고, 상기 제 1 전구체가 TDMA-Zr이거나 이를 포함하며, 상기 제 2 전구체가 H2O, 이의 용액 또는 오존이거나 이를 포함하는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 116: 상기 전구체 중 하나 이상이 불활성 기체, 특히 N2 또는 Ar과 혼합되는, 상기 2 개의 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 117: 하나 이상의 추가 층이 상기 커버 층 또는 그 일부 상에 침착되고/되거나 하나 이상의 추가 층이 상기 광 전도성 물질의 층 상에 적어도 부분적으로 침착되고, 이어서, 상기 커버 층에 의해 덮히는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 118: 추가의 층이, 반사 방지층, 광학 필터 층, 캡슐화 층, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층 또는 전도성 층 중 하나 이상으로부터 선택되거나 이를 포함하도록 선택되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 119: 단계 c)에 따른 열처리가 20℃ 내지 300℃, 바람직하게는 50℃ 내지 200℃의 온도를 적용하는 것을 포함하는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 120: 단계 b) 및 단계 c) 중 하나 이상이 진공 챔버에서 수행되는 방법을 지칭하는, 제조 방법에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 제조 방법.
실시양태 121: 단계 b) 및 단계 c) 모두가 동일한 진공 챔버에서 수행되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 122: 상기 전기 접촉부가 단계 b) 전에 제공되고, 상기 커버 층이 전기 접촉부 상에 추가로 부분적으로 침착되는, 상기 실시양태에 따른 방법.
실시양태 123: 상기 전기 접촉부가, 바람직하게는 와이어, 특히 Au, Al 또는 Cu 와이어의 형태의 전기 전도성 리드를 사용하여 하나 이상의 외부 연결부에 결합되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 124: 상기 전기 전도성 리드가 상기 커버 층을 통해 상기 전기 접촉부에 결합되는, 상기 실시양태에 따른 제조 방법.
실시양태 125:
가스 감지, 화재 검출, 화염 검출, 열 검출, 연기 검출, 연소 모니터링, 분광법, 온도 감지, 동작 감지, 산업적 모니터링, 화학물질 감지, 배기 가스 모니터링, 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 보안 적용례; 인간-기계 인터페이스 적용례; 추적 적용례; 스캐닝 적용례; 입체 비전에서; 사진 촬영 적용례; 이미지화 적용례 또는 카메라 적용례; 하나 이상의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 적용례; 차량용 원점 복귀 또는 추적 비콘 검출기; 열적 특징(signature)을 갖는 대상물의 거리 및/또는 위치 측정; 머신 비전(machine vision) 적용례; 로봇 적용례; 물류 적용례로 구성되는 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위한, 검출기에 관한 상기 실시양태 중 하나 이상에 따른 검출기의 용도.
예시적 실시양태
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 광학 센서 (110)의 예시적인 실시양태를 고도로 개략적으로 도시한다. 도 1a 및 도 1d는 광학 센서 (110)의 측면도를 도시하는 반면, 도 1e 및 도 1f는 광학 센서 (110)의 일부의 상면도만을 제공한다. 또한, 도 1g는 본 발명에 따라 제조된 광학 센서 (110)의 샘플의 측면도의 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 도시한다.
따라서, 광학 센서 (110)은 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)을 포함한다. 특히, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)은 10 nm 내지 100 μm, 바람직하게는 100 nm 내지 10 μm, 특히 300 nm 내지 5 μm의 두께를 나타낼 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)은 본질적으로 편평한 표면을 포함할 수 있지만, 구배(gradient) 또는 계단과 같은 층 (112)의 표면의 변화를 나타낼 수 있는 다른 실시양태도 가능할 수 있다. 여기서, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)은 바람직하게는 도 3과 관련하여 후술되는 바와 같이 제조될 수 있다. 그러나, 다른 제조 방법이 또한 가능할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f의 예시적인 실시양태에서, 광 전도성 물질 (114)은 바람직하게는 하나 이상의 칼코게나이드일 수 있거나 이를 포함할 수 있으며, 이는 바람직하게는 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드 및 3 원 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 특히, 광 전도성 물질 (114)은 설파이드, 바람직하게는 납 설파이드(PbS), 셀레나이드, 바람직하게는 납 셀레나이드(PbSe), 텔루라이드, 바람직하게는, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 또는 3원 칼코게나이드, 바람직하게는 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe; MZT)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 바람직한 광 전도성 물질 (114) 중 다수는 일반적으로 적외선 스펙트럼 범위 내에서 특유의 흡수 특성을 나타내는 것으로 알려져 있으므로, 광학 센서 (110)는 바람직하게는 적외선 센서로서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태 및/또는 다른 광 전도성 물질, 특히 본 목적을 위해 이 문헌의 다른 곳에서 기술된 바와 같은 광 전도성 물질이 또한 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학 센서 (110)는 커버 층 (116)을 포함하며, 커버 층 (116)은 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 상에 침착된다. 여기서, 커버 층 (116)은, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)에 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있는 방식으로 층 (112) 상에 침착될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 커버 층 (116)은, 광 전도성 물질 (114)의 접근가능한 표면 (118)을 완전히 덮을 수 있는 방식으로 층 (112) 상에 완전히 침착될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 따라서, 커버 층 (116)은, 제 1 양태에서, 특히 습기 및/또는 산소와 같은 외부 영향에 의한 특히 광 전도성 물질 (114)의 광학 센서 (110) 또는 그의 일부의 열화를 피하기 위해 특히 기밀 패키지로서 광 전도성 물질 (114)에 대한 캡슐화를 제공하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 놀랍게도, 커버 층 (116)은, 제 2 양태에서, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 상에서의 침착, 이어서 광 전도성 물질 (114)의 커버 층 (116) 및 층 (112) 둘다의 열처리의 결과로서 추가 기능을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 따라서, 커버 층 (116)은, 광 전도성 물질 (114)의 광 전도성이 상당히 개선될 수 있다는 의미에서 광 전도성 물질 (114)을 활성화시키도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 커버 층 (116)은 하나 이상의 금속-함유 화합물 (120)을 포함한다. 본원에 기재된 특히 바람직한 실시양태에서, 금속-함유 화합물 (120)은 Al, Zr, Hf, Ti , Ta, Mn, Mo 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 금속을 포함할 수 있고, 이때 금속 Al, Ti, Zr 및 Hf가 광 전도성 물질 (114)의 광 전도성의 활성화를 달성하기 위해 특히 바람직하다. 그러나, 이 문서에서 이 목적을 위해 다른 곳에서 언급된 금속도 가능할 수 있다. 또한, 금속-함유 화합물 (120)은 산화물, 수산화물, 칼코게나이드, 닉타이드, 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
이 특정 실시양태에서, 금속-함유 화합물 (120)은 Al의 하나 이상의 산화물, Al의 하나 이상의 수산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 또한 식 AlOx(OH)y(0 ≤ x ≤ 1.5 및 0 ≤ y ≤ 1.5이고, x + y = 1.5이다)로 표시될 수도 있다. 대안적으로, 금속-함유 화합물 (120)은 Zr의 하나 이상의 산화물, Zr의 하나 이상의 수산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 또한 식 ZrOx(OH)y(0 ≤ x ≤ 2 및 0 ≤ y ≤ 2이고, x + y = 2이다)로 표시될 수도 있다. 그러나, 다른 종류의 금속-함유 화합물 (120), 특히 Hf도 가능할 수 있다. 모든 경우에, 미반응 유기 리간드의 잔류물이 또한 존재할 수 있다.
추가의 다른 실시양태(여기에 도시되지 않음)에서, 커버 층 (116)은 2 개 이상의 인접한 층을 가질 수 있는 라미네이트일 수 있거나 이를 포함할 수 있으며, 여기서 인접한 층들은, 상기 인접한 층들 중 하나, 둘다, 일부 또는 전부는 금속-함유 화합물 (120) 중 하나를 포함할 수 있는 방식으로, 특히 이들의 각각의 조성이 상이할 수 있다. 여기서, 인접한 층은, 상술한 바와 같이 2 개의 상이한 금속-함유 화합물 (120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 층 (116)은 Al-함유 화합물 및 Zr-함유 화합물의 다수의 교호되는 인접한 층들을 포함할 수 있다. 그러나, Al 및 Zr 이외의 금속-함유 화합물 (120)의 다른 조합도 가능할 수 있다. 또한, 라미네이트는 전술한 금속-함유 화합물 (120) 중 어느 하나로 구성되지 않을 수 있지만, 오히려 금속 화합물, 중합체 화합물, 실리콘 화합물, 또는 유리 화합물 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 추가의 인접한 층을 추가로 포함할 수 있다. 다른 종류의 물질도 가능할 수 있다.
이 특정 실시양태에서, 커버 층 (116)은 10 nm 내지 600 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 200 nm, 보다 바람직하게는 40 nm 내지 100 nm, 가장 바람직하게는 50 내지 75 nm의 두께를 나타낼 수 있다. 이 두께 범위는 특히, 광 전도성 물질 (114)에 대한 캡슐화를 제공하고 동시에 광 전도성 물질 (114)의 광 전도성을 활성화시키는 전술한 기능을 달성하는데 유리할 수 있는 커버 층 (116) 내의 금속-함유 화합물 (120)의 양을 반영할 수 있다.
또한, 이 특정 실시양태에서, 커버 층 (116)은 광 전도성 물질 (114)의 인접한 표면 (118)에 대한 등각 층일 수 있다. 상기 정의된 바와 같이, 등각 층의 두께는 ± 20nm, 바람직하게는 ± 20nm, 가장 바람직하게는 ± 10nm의 편차 내에서 광 전도성 물질 (114)의 상응하는 표면 (118)을 따를 수 있고, 이때 상기 편차는 커버 층 (116)의 표면 (122)의 적어도 90 % 이상, 바람직하게는 95 % 이상, 가장 바람직하게는 99 % 이상에 걸쳐 일어날 수 있어서, 커버 층 (116)의 표면 (122) 상에 존재할 수 있는 임의의 오염물 또는 결함을 남겨둘 수 있다.
도 1a 내지 도 1c 각각에 추가로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 광 전도성 물질 층 (114)은 바람직하게는 하나 이상의 기판 (124)에 직접 적용될 수 있으며, 여기서 기판 (124)은 바람직하게는 절연 기판일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 내의 전기 전도성을 광학적으로 개질시키기 위해 입사광 빔 (126)이 광 전도성 물질 (114)에 도달하게 하도록, 커버 층 (116) 및 기판 (124) 중 하나 이상은, 특히, 적외선 스펙트럼 범위 또는 그 일부와 같은 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명할 수 있다.
도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 입사광 빔 (126)의 빔 경로 (128)는 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 내에 직경 (130)을 갖는 광 스폿을 생성하기 위해 커버 층 (116)을 통과하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 커버 층 (116)에 대한 금속-함유 화합물 (120)을, 특히 적합한 흡수 특성을 나타내는 요망되는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명하게 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로(여기에 도시되지 않음), 그러나, 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명하지 않도록 커버 층 (116)에 대한 금속-함유 화합물 (120)을 선택하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 종류의 선택은, 특히 특정 금속-함유 화합물 (120)이, 원하는 파장 범위 내에서 광학적 투명성을 제공한다는 점을 제외하고, 광학 센서 (110)에 특히 바람직한 특성을 나타낼 수 있는 경우에 유리할 수 있다. 또한, 커버 층 (116)에 사용되는 금속-함유 화합물 (120) 및 기판 (124)에 적용되는 물질 중 하나 또는 둘 모두가 원하는 파장 범위 내에서 광학적으로 투명한 특성을 나타낼 수 있는 것이 예컨대 광 빔 (126)을 광학 센서 (110)의 양방향으로부터 감지할 수 있도록 바람직할 수 있다. 여기서, 기판 (124)은 광학적으로 투명한 물질 (132), 특히 유리를 포함할 수 있다. 그러나, 적외선 스펙트럼 범위에서 적어도 부분적으로 광학적으로 투명할 수 있는 다른 물질도 또한 가능할 수 있다.
또한, 커버 층 (116)은, 광 전도성 물질 (114)에 대한 캡슐화를 제공하고, 동시에 광전도 물질 (114)의 광 전도성을 활성화시키는 전술한 기능 이외에, 추가 기능을 나타내도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 커버 층 (116)에 사용되는 금속-함유 화합물 (120)은 특히, 동시에 원하는 추가 기능을 발휘할 수 있도록 선택될 수 있다. 특히, 커버 층 (116)에 사용되는 금속-함유 화합물 (120)은, 적합한 반사 방지층으로 적합하기 위해 1.2 초과 또는 1.5 초과와 같은 고 굴절률을 나타낼 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 커버 층 (116)은 유리하게는 광 전도성 물질 (114)의 표면을 단단히 따라갈 수 있는 매끈한 층의 형태로 제공될 수 있다. 기능성 층에 대한 다른 실시양태는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 작가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층 및 전도성 층을 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 특히, 원하는 추가 기능을 커버 층 (116)에 제공하는 것이 가능하지 않거나 선택된 커버 층 (116)에 의해 제공되는 원하는 추가 기능의 범위가 충분하지 않을 수 있는 경우에, 커버 층 (116)은, 추가적으로, 적어도 부분적으로 커버 층 (116) 상에 침착될 수 있는 하나 이상의 추가 층 (134)에 의해 적어도 부분적으로 덮일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 추가 층 (134)은 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 커버 층 (116) 사이에 적어도 부분적으로 침착될 수 있다. 바람직하게는, 추가 층 (134)은 추가의 원하는 기능을 나타내거나 나타낼 수 있고, 따라서 반사 방지층, 광학 필터 층, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그 층, 고-유전율 층 또는 전도성 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 당업자는 하나 이상의 추가 층 (134)을 쉽게 선택 및 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 추가 층 (134)의 추가 기능, 조성 및 구조 중 하나 이상은, 도 1a 및도 1b에 도시된 바와 같이 광학 센서 (110)의 실시양태에 대해 유사하게 또는 상이하게 선택될 수 있다. 도 1a에 도시된 실시양태에서, 추가 층 (134)으로서 반사 방지층 또는 광학 필터 층을 적용하는 것이 유리할 수 있지만, 도 1b에 도시된 실시양태에서는 오히려 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 고-유전율 층, 또는 전도성 층을 추가 층 (134)으로서 적용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태가 가능할 수도 있다.
도 1a 내지 도 1d에 추가로 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 센서 (110)는 2 개 이상의 개별 전기 접촉부 (136, 136')(즉 하나 이상의 제 1 전기 접촉부 (136) 및 하나 이상의 제 2 전기 접촉부 (136'))를 포함하고, 이때 전기 접촉부 (136, 136')는 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 접촉하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 전기 접촉부 (136, 136')는, 제 1 전기 접촉부 (136)에 의해 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)를 통해 제 2 전기 접촉부 (136')로 전류를 인도할 수 있거나 이와 반대가 되도록 하는 방식으로, 또는 제 1 전기 접촉부 (136) 및 제 2 전기 접촉부 (136')를 사용함으로써 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)에 전압을 인가하도록 하는 방식으로 구성 및 배열될 수 있다. 두 가지 목적을 위해, 제 1 전기 접촉부 (136)는 제 2 전기 접촉부 (136')로부터 격리되지만, 제 1 전기 접촉부 (136) 및 제 2 전기 접촉부 (136') 모두는 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 직접 연결된다.
여기서, 전기 접촉부 (136, 136') 중 어느 하나와 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 사이의 직접 연결은 전기 접촉부를 제공할 수 있는 임의의 공지의 공정, 예컨대 도금, 용접, 납땜, 와이어 결합, 열음향 결합, 스티치-결합, 볼-결합, 쐐기 결합, 컴플라이언트 결합, 열압축 결합, 애노드성 결합, 직접 결합, 플라즈마-활성화된 결합, 공융(eutectic) 결합, 유리 프릿(glass frit) 결합, 접착제 결합, 일시적인 액상 확산 결합, 표면 활성화된 결합, 테이프-자동 결합에 의해, 또는 전기적으로 고도의 전도성 물질을 접촉 구역에 침착시킴에 의해 제공될 수 있다. 전기 접촉부 (136, 136')를 통해 충분한 전기 전도성을 허용하고, 동시에 전기 접촉부 (136, 136')의 충분한 기계적 안정성을 제공하기 위해, 전기 접촉부 (136, 136')는, 금속 Ag, Cu, Pt, Al, Mo 또는 Au, 전술된 금속들 중 하나 이상을 포함하는 합금, 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 종류의 전극 물질도 가능할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d 각각에 추가로 도시된 바와 같이, 커버 층 (116)은, 인쇄 회로 기판(PCB) (144)과 같은 회로 캐리어 장치와 접촉할 수 있는 하나 이상의 접촉 패드 (142)에 패키지 (140) 주위로 도 1에 도시된 바와 같은 외부 회로로 인도할 수 있는 예컨대 하나 이상의 리드 (138, 138')와 같이 결합가능하도록 구성될 수 있는 전기 접촉부 (136, 136')를 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 이를 위해, 금 화이어, 베릴륨 도핑된 금 와이어, 알루미늄 와이어, 백금 와이어, 팔라듐 와이어, 은 와이어 또는 구리 와이어와 같은 와이어는, 예컨대 인쇄 회로 기판 (144) 상의 접촉 패드 (142)에 전기 접촉부 (136, 136')를 결합하기 위한 리드 (138, 138')로서 사용될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같은 특히 바람직한 실시양태에서, 전기 접촉부 (136, 136')는 커버 층 (116)을 통해 결합가능할 수 있다. 이러한 특징은, 특히, 커버 층 (116)의 캡슐화 기능의 개선을 가능케 함과 동시에 전기 접촉부 (136, 136')에 안정성을 제공할 수 있다. 도 1c에 도시된 다른 실시양태에서, 전기 접촉부 (136, 136')는 특히, 전기 접촉부 (136, 136')를 접촉 패드 (142)에 접속하는 전기 전도성 관통 비아 (146)를 사용함으로써 인쇄 회로 기판 (144)의 접촉 패드 (142)에 직접 결합될 수 있다.
도 1d에 개략적으로 도시된 또 다른 바람직한 실시양태에 따르면, 광 전도성 물질 (114)의 하나 이상의 층은, 대안적으로, 하나 이상의 기판 (124)에 간접적으로 적용될 수 있으며, 이때 기판 (124)은 바람직하게는, 반도체 칩과 같은 전기 전도성 기판 (124)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)에 전기 전도성 기판 (124)의 전기 절연을 제공하기 위해, 하나 이상의 중간층 (148)이 특히, 전기 전도성 기판 (124)과 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 사이에 배치될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d에 나타낸 바와 같이, 전기 접촉부 (136, 136')는 바람직하게는 단일 층의 형태로 제공될 수 있다. 대조적으로, 도 1e 및 1f의 상면도로 개략적으로 도시된 바와 같이, 전기 접촉부 (136, 136', 136 ", ...)는, 대안적으로, 전기 접촉부 (136, 136', 136 ", ...)에 의해 구성되는 어레이의 형태로 제공될 수도 있다. 도 1e에 도시된 바와 같이, 전기 접촉부 (136, 136', 136' ', ...)의 어레이는, 전기적으로 전도성 물질을 각각 포함하는 평행한 핑거 배열로 배치될 수 있으며, 이때 각각의 핑거는 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 개별적으로 접촉할 수 있고, 예를 들어 전기 전도성 리드 (여기서는 도시되지 않음)를 사용하여 외부 회로에 연결을 제공할 수 있다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 전기 접촉부 (136, 136', 136 ", ...)는, 대안적으로, 2 개의 상호맞물린 빗 구조 (149, 149')의 형태로 제공될 수 있다. 또한, 여기에 도시되지 않은 전기 접촉부 (136, 136', 136 ")의 또 다른 배열이 또한 본 발명과 관련하여 가능할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1g는 본 발명에 따라 제조된 광학 센서 (110)의 측면도의 TEM 이미지를 도시한다. 도 1g의 TEM 이미지로부터 알 수 있는 바와 같이, Al2O3 커버 층 (116)은 PbS 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)을 등각 방식으로 코팅한다. 도 1g로부터 추가로 도출될 수 있는 바와 같이, 여기서 커버 층 (116)은 Pt를 포함하는 부가 층 (134)에 의해 덮여지며, 추가의 Pt 층 (134)은 여기에서 TEM 샘플의 제조에서 보호 층으로서 사용된다.
이미 상술한 바와 같이, G.H. 블라운트 등에 의해 사용된 광 전도성 물질 PbS(상기 참조)의 광 전도성은, PbS 층 상에 캡슐화 층을 제공함으로써 약간 영향을 받는 것으로 보인다. G.H. 블라운트 등에 의해 기재된 바와 같이(상기 참조), 상기 PbS 층을 포함하는 광 검출기의 특정 응답성 S1이, 캡슐화 층이 없는 경우 1.4·102 cm2/W에서 결정질 Al2O3 층을 적용한 후에 2.3·102 cm2/W로 변화함으로써 광 전도성 PbS 층이 2 배 미만으로 약간 개선되었다. 그러나, 본 발명과 관련하여, 표 1은, PbS 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)에 mV로 측정된 응답성 (S)이 본 발명에 따라 제공된 Al2O3 커버 층 (116)의 존재에 의존함을 보여 준다. 여기서, 응답성 (S)은 선형 방식으로 조사된 장치의 크기로 정규화된 응답성 (S)인 특정(specific) 응답성 (S1)과 관련된다. 관련 측정은 동일한 광도를 적용한 850 nm에서 19 V 바이어스를 사용하여 수행되었다. 블라운트 등의 발견(상기 참조)과 명백하게 대조적으로, 표 1은, 특히, 커버 층 (116)의 2 개의 기술된 기능, 즉 캡슐화 및 열처리에 의한 활성화의 조합은, 광 전도성 PbS 층의 품질이 하기와 같이 상당히 개선되도록 설계되어 있음을 보여준다.
S (mV)
PbS 캡슐화 없음 0,1
PbS 캡슐화 및 열처리 없음 0,8
PbS 캡슐화 있음 3
PbS 캡슐화 및 열처리 있음 30
따라서, 광 전도성 PbS 층은, 초기에는 S ≒ 0.1 mV의 값을 나타냈지만, 이 값은, 광 전도성 PbS 층에 캡슐화 및 열처리를 모두 적용한 후에만 S ≒ 30 mV로 상당히 향상될 수 있다. 결과적으로, 여기서 관찰될 수 있는 PbS 층의 광 전도성의 개선은 100 배 초과, 즉 300 배에 해당한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 커버 층 (116)은, 광 전도성 물질 (114)에 대한 보호 캡슐화를 제공할 뿐만 아니라, 열처리 후에 광 전도성 물질 (114)의 광 전도성의 활성화에 본질적으로 기여한다.
유사한 결과가 PbSe를 포함하는 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)에 mV로 측정된 응답성 S에 대해 얻어질 수 있다. 이 목적을 위해, PbSe는 유리 기판 (124) 상에 화학적 욕 침착 (CBD)을 통해 침착되었다. 전기 접촉부 (136, 136')는 침착 전 또는 후에 적용될 수 있다. PbSe의 CBD 후, PbSe 층의 활성화를 위한 제 1 열처리가 적용되었다. 제 1 열처리 중에 250 내지 400℃의 온도를 10 분에서 72 시간 동안 적용했다. 제 2 열처리 단계는 제 1 열처리보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 이후, Al2O3 층을 포함하는 커버 층 (116)은, 70nm 내지 100nm의 두께를 갖는 커버 층 (116)으로서 PbS와 동일한 방식으로, 즉 60℃에서 ALD를 통해 적용되었다. 그러나, 다른 두께도 가능하다. 결과적으로, 캡슐화 공정은, 특히 다음과 같이 mV 단위로 응답성 S를 증가시킴으로써 센서의 광학 성능을 개선시킬 수 있다.
S (mV)
PbSe 캡슐화 및 열처리 없음 0,05
PbSe 캡슐화는 없지만 열처리는 있음 0,6
PbSe 캡슐화 및 열처리 있음 2
관련 측정은, 동일한 광 강도를 사용하여 606 Hz의 변조 주파수로 4 μm의 파장에서 수행되었다. 다시, 블라운트 등의 발견(상기 참조)과 명백하게 대조적으로, 표 2는, 광 전도성 PbSe 층의 품질을 상당히, 특히 약 40 배로 개선시키기 위해 커버 층 (116)의 2 개의 기술된 기능, 즉 캡슐화 및 열처리에 의한 활성화의 조합이 특히 설계되어 있음을 보여 준다.
도 2a 내지 2d는, 다양한 X-선 회절(XRD) 도면을 나타내며, 도 2a의 XRD 도면은 도 1a와 관련하여 설명된 Al2O3 커버된 PbS 센서로부터 기원한다. 본원에서 사용되는 XRD 도면은 카운트 N 대 2θ로 조립된 X 선 데이터의 어셈블리를 포함한다. 도 2a의 XRD 도면으로부터 쉽게 도출될 수 있는 바와 같이, 결정질 Al2O3 반사는 검출되지 않는다. 따라서, Al2O3 코팅층 (116)은 비정질 상태의 금속-함유 화합물 Al2O3를 포함한다. 도 2a에서 여전히 볼 수 있는 유일한 결정 반사는 금 와이어 및 평평한 결합성 Au를 갖는 전기 접촉부 (136, 136')에 포함된 Au 및 광 전도성 PbS 물질 (114)에 기인할 수 있다.
또한, 커버 층 (116)의 비정질 성질을 증명하기 위해, 도 2b에 상응하는 실험에서 유리 기판상의 도 2a의 경우와 동일한 방식으로 Al2O3의 단일 층만이 침착되었다. 따라서, 도 2b의 대응 XRD 도면은 비정질 유리에 기인하는 2 개의 넓은 상승만을 나타낸다. 결정질 또는 나노결정질 Al2O3에 할당될 수 있는 피크는 여기서 관찰할 수 없다. 결과적으로, 도 2는 본 발명이 금속-함유 화합물 Al2O3를 포함하는 비정질 커버 층 (116)으로서 적절한 층을 제공할 수 있음을 명백히 보여준다.
또한, 도 2c 및 2d는 2 개의 상이한 샘플의 상응하는 그레이싱(gracing) 입사 XRD(입사각 0.5°) 도면을 도시하며, 도 2c의 샘플은 보로실리케이트 유리 기판 상에 직접 침착된 75㎚ 두께의 Al2O3 커버 층만을 포함하며, 도 2d의 샘플은, 또한 보로실리케이트 유리 기판 상에 위치하는 PbS 광 전도성 층 상에 침착된 75nm 두께의 Al2O3 커버 층을 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 두 샘플을 100℃에서 10 일 동안 템퍼링하였다. 결과적으로, PbS가 검출될 수 있는 반면, 두 샘플 Al2O3는 x- 레이 비정질 거동을 보였다(도 2d). 도 2c 및 도 2d에서 문자 "d"로 표시된 바와 같이 2θ = 45°에서의 회절 선의 원점은 열린 채로 유지된다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 센서 (110)를 제조하는 방법의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 방법 단계 a)에 따라 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)을 제공하기 전에, 전기 접촉부 (136, 136')는, 바람직하게는 광학적으로 투명한 물질 (132)로서 유리를 포함하는 기판 (124) 상에서 공지의 증발 기술에 의해 제공될 수 있는 증발된 금속 층의 향태와 같이 생성될 수 있다. 특히, 증발된 금속 층은 Ag, Al, Pt, Mg, Cr, Ti 또는 Au 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전기 접촉부 (136, 136')는 그래핀 층을 포함할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 전기 접촉부 (136, 136')를 생성하는 다른 방법도 가능할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)이 이어서 방법 단계 a)에 따라 제공된다. 이 목적을 위해, 광 전도성 물질 (114)은 다음 절차에 따라 합성될 수 있다. 따라서, 0.015 mol/L 티오우레아 또는 그의 치환된 생성물, 0.015 mol/L 납 아세테이트, 납 니트레이트 또는 이들의 치환된 생성물 및 0.15 mol/L 나트륨 하이드록사이드 또는 이의 치환된 생성물을 반응 부피에 용해시킴으로써, 투명 용액을 실온에서 수득한다. 선행 기술로부터 알려진 바와 같이, 상기 언급된 용액이 임의의 순서로 혼합될 때, 통상적으로, 액체-함유 반응기의 측벽 및 바닥 또는 내부에 위치한 임의의 대상물의 벽에 균일하고 비교적 매끄러운 층이 형성될 수 있는 방식으로 30℃ 초과의 온도에서 용액으로부터 납 설파이드(PbS)가 침전된다.
그러나, 혼합된 침전 용액으로부터의 PbS의 실제 침전 직전에, 비교적 풍부한 양의 초기 산소, 바람직하게는 칼륨 퍼설페이트, 과산화수소 또는 나트륨 퍼보레이트를 방출할 수 있는 제제의 수용액을 이에 첨가하고, PbS는 통상적인 방식이지만 셀 내에서의 직접 사용, 또는 시효 또는 저온 베이킹에 의한 부가적인 감지를 가능케 하는 활성화된 형태로 이로부터 침전된다. 침전 용액 및 활성화제는 바람직하게는 35℃ 초과의 온도에서 혼합되고, 1 내지 3 시간 동안 교반되며, 이 시간 동안 침착이 일어난다. 여기서, PbS를 침전시키기 위한 액체 용액에 퍼설페이트 이온, 퍼보레이트 이온 또는 과산화수소로부터의 초기 산소의 양(몰 단위)은 바람직하게는 욕 중의 이론적 양의 PbS의 0.01 내지 0.5(몰 단위)일 수 있고, 이때 상기 이론적 양의 PbS는 납 및 황 침전 화합물이 납 설파이드로 총 전환되는 경우에 형성되는 양이다.
PbS 층을 형성한 후, 바람직하게는 약 50℃ 및 70 % 초과의 습도에서 기후 챔버에서 시효 단계가 임의로 수행될 수 있고, 이는 광 전도성 성능에 유익한 것으로 나타난다. 개선된 광 전도성은 침착될 때 얻어질 수 있고, 시효된 필름은 어닐링에 의해, 즉, 약 100℃ 내지 150℃의 온도에서 1 내지 100 시간 동안 진공 또는 공기 중에서 가열에 의해 추가로 가공된다.
그러나, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)을 제공하는 다른 종류도 가능할 수 있다.
도 3c는 방법 단계 b)의 결과를 개략적으로 예시하며, 여기서, 특히 캡슐화 층으로서 기능하기 위해 바람직하게는 광 전도성 물질 PbS (114)의 층 (112)의 접근가능한 표면 (118) 상에 금속-함유 화합물 (120)이 비정질 커버 층 (116)으로서 침착되었다. 이 목적을 위해, 금속-함유 화합물 (120)에 반응하도록 구성된 하나 이상의 전구체가 후속적으로 적용된다. 이 바람직한 실시양태에서, 원자 층 침착(ALD) 공정 또는 ALD와 스퍼터링의 조합이 침착 방법으로 사용되었다. 대안적으로, 화학 증착(CVD) 공정과 같은 다른 침착 공정이 또한 적용될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시양태에서, 커버 층 (116)은 ALD 공정, 또는 ALD 공정과 스퍼터링 공정의 조합을 통해 생성된 Al2O3를 포함한다. 대안적으로, Al2O3/TiO2/Al2O3/... 또는 Al2O3/ZrO2/Al2O3/...와 같은 라미네이트도 또한 제조될 수 있다. 이 특정 실시양태에서, ALD 공정은 다음 공정 파라미터를 적용하여 수행된다:
- 제 1 전구체: H2O;
- 제 2 전구체: Al(CH3)3 (트리메틸알루미늄, TMA);
- 온도 약 60℃;
- 약 700 사이클.
도 3c에 더 도시된 바와 같이, Al2O3를 포함하는 커버 층 (116)은, 동시에, 광 전도성 PbS 층 (112), 및 광 전도성 PbS 층 (112)과 접촉할 수 있는 전기 접촉부 (136, 136') 모두를 코팅하도록 구성될 수 있는 방식으로 적용될 수 있다.
도 3d는 방법 단계 c)의 적용을 개략적으로 도시하며, 이 동안, 특히 광 전도성 물질 (114)의 활성화를 달성하기 위해, 단계 b) 동안 생성된 비정질 커버 층 (116)이 후속적으로 열처리된다. 바람직하게는, 단계 c)에 따른 열처리는 20℃ 내지 300℃의 온도에서 약 1 시간 내지 350 시간의 시간 간격으로 수행된다. 상기 표 1에 예시된 바와 같이, 이제, 커버된 PbS 광 전도체는 열처리 후에 향상된 광 전도성 성능을 나타낸다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 전기적으로 접촉하는 2 개의 전기 접촉부 (136, 136')는 바람직하게는, 단계 c)에 따른 열처리 후에, 커버 층 (116)을 통해 제공될 수 있는, 금 와이어와 같은 전기 전도성 리드 (138, 138')에 의해 하나 이상의 외부 접속부에 결합될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 광 전도성 PbS 층 (112)에 전기 접촉부 (136, 136')를 제공하는 다른 방법은 또한, 예를 들어, 이미 방법 단계 a) 전에, 방법 단계 a) 후에 또는 방법 단계 b) 후에 리드 (138, 138')를 제공함에 의해 가능할 수 있다.
도 4는, 하나 이상의 대상물 (152)의 위치를 결정하기 위한, 본 발명에 따른 광학적 검출기 (150)의 예시적인 실시양태를 개략적인 방식으로 도시한다. 광학적 검출기 (150)는 바람직하게는 적외선 검출기로서 사용되도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태가 가능하다.
광학적 검출기 (150)는 하나 이상의 광학 센서 (100)를 포함하며, 이 광학 센서는 이 특정 실시양태에서 종방향 광학 센서 (154)로서 사용될 수 있고, 검출기 (150)의 광축 (156)을 따라 배치된다. 특히, 광축 (156)은 광학 센서 (100)의 셋업의 대칭 및/또는 회전 축일 수 있다. 광학 센서 (100)는 검출기 (150)의 하우징 (158) 내에 위치될 수 있다. 또한, 하나 이상의 전달 장치 (160)는 바람직하게는 굴절 렌즈 (162)가 포함될 수 있다. 특히 광축 (156)에 대하여 동심원 상에 위치될 수 있는 하우징 (158) 내의 개구 (164)는 검출기 (150)의 관찰 방향 (166)을 한정하는 것이 바람직하다. 좌표계 (168)가 정의될 수 있으며, 광축 (156)과 평행 또는 역평행한 방향을 종방향이라고 정의하고, 광축 (156)에 수직인 방향을 횡방향으로 정의할 수 있다. 도 4에 상징적으로 도시된 좌표계 (158)에서, 길이 방향은 z로 표시되고 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 그러나, 다른 유형의 좌표계 (158)가 가능하다.
또한, 광학 센서 (100)는 광 빔 (126)에 의한 센서 영역 (170)의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 또한, FiP 효과에 따라, 종방향의 광학 센서 (154)는 조명의 동일한 총 파워가 주어지면 각각의 센서 영역 (170)에서 광 빔 (126)의 빔 단면에 의존하는 종방향 센서 신호를 제공한다. 본 발명에 따르면, 센서 영역 (170)은 광 전도성 물질 (114)의 층(112)들 중 적어도 하나, 바람직하게는 칼코게나이드, 특히 납 설파이드(PbS) 또는 납 셀레나이드(PbSe)를 포함한다. 그러나, 다른 광 전도성 물질 (114), 특히 다른 칼코게나이드가 사용될 수 있다. 센서 영역 (170)에서의 광 전도성 물질 (114)의 사용의 결과로서, 조명의 동일한 총 파워가 주어지면, 센서 영역 (170)의 전기 전도도는 센서 내의 광 빔 (126)의 빔 단면에 의존한다. 결과적으로, 광 빔 (126)에 의한 충돌시 종방향 광학 센서 (154)에 의해 제공되는 생성된 종방향 센서 신호는 센서 영역 (170)에서의 광 전도성 물질 (114)의 전기 전도도에 의존하고, 따라서 센서 영역 (170)에서의 광 빔 (126)의 빔 단면 (130)을 결정할 수 있게 한다. 리드 (138, 138')가 결합되는 전기 접촉부 (136, 136')을 통해 종방향 센서 신호는 평가 장치 (172)로 전달될 수 있으며, 평가 장치 (172)는 일반적으로 횡 광학 센서 (154)의 센서 신호를 평가함으로써 대상물 (152)의 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성한다. 이 목적을 위해, 평가 장치 (172)는, 종방향 평가 유닛 (174)("z"로 표시됨)에 의해 상징적으로 표시되는 센서 신호를 평가하기 위해 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소를 포함할 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치 (172)는 종방향 광학 센서 (154)의 하나 초과의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 대상물 (152)의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다.
광학 센서 (100)의 센서 영역 (170)을 조명하기 위한 광 빔 (126)은 발광 대상물 (152)에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광 빔 (126)은 별도의 조명원 (176)에 의해 생성될 수 있고, 이는 주변 광원 및/또는 인공 광원, 예컨대 발광 다이오드를 포함할 수 있고, 이들은 대상물 (152)이 바람직하게는 광축 (156)을 따라 개구 (164)를 통해 광 검출기 (150)의 하우징 (158)으로 도입시킴에 의해 광 빔 (126)이 광학 센서 (100)의 센서 영역 (170)에 도달하도록 구성될 수 있는 방식으로 대상물 (152)을 조명하도록 구성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 조명원 (176)은 변조된 광원일 수 있으며, 조명원 (176)의 하나 이상의 변조 특성은 하나 이상의 임의적 변조 장치에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 변조는 조명원 (176)과 대상물 (152) 사이 및/또는 대상물 (152)과 광학 센서 (100) 사이의 빔 경로에서 수행될 수 있다. 다른 가능성이 또한 고려될 수 있다.
일반적으로, 평가 장치 (172)는 데이터 처리 장치 (178)의 일부일 수 있고/있거나 하나 이상의 데이터 처리 장치 (178)를 포함할 수 있다. 평가 장치 (172)는 하우징 (158) 내에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 평가 장치 (172)는 광학 센서 (100)에 무선 또는 유선 방식으로 전기적으로 연결된 별도의 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 평가 장치 (172)는 하나 이상의 전자 하드웨어 구성 요소 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소, 예컨대 하나 이상의 측정 유닛 및/또는 하나 이상의 평가 유닛 및/또는 하나 이상의 제어 유닛 (여기에 도시되지 않음)와 같은 하나 이상의 추가 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.
도 5는 횡방향 광학 센서 (180)로서 구현되는 광학 센서 (100)를 도시한다. 여기에, 광 빔 (126)에 의한 광 전도성 물질 (114)의 층 (12)을 포함하는 센서 영역 (170)의 조명이 도시되어 있다. 도 5에서, 광 빔 (126)이 검출기 (150)를 향해 전파하는 대상물과 검출기 (150) 자체 사이의 상이한 거리를 나타내는 두 가지 상이한 상황이 도시되어, 센서 영역 (170) 내의 광 빔 (126)에 의해 생성된 광 스폿의 2 개의 상이한 스폿 크기, 즉, 먼저, 작은 광 스폿 (182) 및, 다음으로, 큰 광 스폿 (184)를 생성한다. 두 경우 모두, 광 빔 (126)의 전체 파워는 광 스폿 (182, 184)에 걸쳐 동일하게 유지된다. 결과적으로, 작은 광 스폿 (182)의 평균 강도는 큰 광 스폿 (184)에서 보다 현저히 높다. 또한, 두 경우 모두, 광 스폿 (182, 184)의 각각의 크기에 관계없이 광 스폿 (182, 184)의 중심의 위치는 변하지 않는다. 이 특징은, 횡방향 센서 신호를 평가 장치 (172)에 제공하기 위해 여기에 도시된 횡방향 광학 센서 (180)의 T-형 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188) 및 대응하는 리드 (138, 138', 190, 192)의 능력을 보여주며, 이들은 대상물 (152)의 하나 이상의 횡방향 좌표 x, y를 명확하게 결정할 수 있도록 구성된다.
바이어스 전압원 (여기에 도시되지 않음)이 T-형 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188)에 접속될 수 있는 경우, 전류 I1, I2, I3 및/또는 I4는 바이어스 전압과 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188) 사이에서 흐률 수 있다. 따라서, 도 6에 개략적으로 및 상징적으로 도시된 평가 장치 (172)는. 감광 요소의 횡방향 센서 신호에 대한 기호 PD1-PD4로 표시되는 횡방향 센서 신호 및 종방향 센서 신호에 대한 FiP를 평가하도록 설계될 수 있다. 센서 신호는 대상물에 대한 위치 정보 및/또는 기하학적 정보를 도출하기 위해 다양한 방식으로 평가 장치에 의해 평가될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 하나 이상의 횡방향 좌표 x, y가 도출될 수 있다. 이것은 주로 광 스폿 (182, 184)의 중심과 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188) 사이의 거리가 동일하지 않다는 사실에 주로 기인한다. 따라서, 광 스폿 (182, 184)의 중심은 l1의 전기 접촉부 (136)로부터의 거리, l2의 전기 접촉부 (136')로부터의 거리, l3의 전기 접촉부 (186)로부터의 거리, 및 l4의 전기 접촉부 (188)로부터의 거리를 갖는다. 광 스폿 (182, 184)의 위치와 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188) 사이의 거리의 이러한 차이 때문에, 횡방향 센서 신호는 상이할 것이다.
센서 신호들의 비교는 다양한 방식으로 일어날 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치 (172)는 객체 (152) 또는 광 스폿 (182, 184)의 하나 이상의 횡방향 좌표를 도출하기 위해 횡방향 센서 신호를 비교하도록 설계될 수 있다. 예로서, 평가 장치 (172)는 하나 이상의 감산(substracting) 장치 (194) 및/또는 좌표 (x, y)와 같은 하나 이상의 횡방향 좌표에 의존하는 기능을 제공하는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 감산 장치 (194)는 도 5의 치수 x, y 중 하나 또는 각각에 대해 하나 이상의 차이(difference) 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 예로서, (PD1-PD2)/(PD1+PD2)와 같은 PD1과 PD2 간의 단순한 차이는, x-좌표에 대한 척도로서 사용될 수 있고, (PD3-PD4)/(PD3+PD4)와 같은 PD3과 PD4 사이의 차이는 y-좌표에 대한 척도로서 사용될 수 있다. 센서 영역 (170)에서의 광 스폿 (182, 184)의 횡방향 좌표의 광 빔 (126)이 검출기 (150)를 향해 전파하는 대상물 (152)의 횡방향 좌표로의 변환은 공지의 렌즈 식을 사용하여 수행될 수 있다. 보다 상세한 설명을 위해, 상기 선행 기술 문헌 중 하나 이상, 예컨대 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다.
그러나, 평가 장치 (172)에 의해 센서 신호를 처리하기 위한 다른 변환 또는 다른 알고리즘이 가능할 수 있음을 알아야 한다. 따라서 양 또는 음의 계수가 있는 빼기(subtraction) 또는 근 조합(near combination) 외에 비선형 변환이 일반적으로 가능하다. 예를 들어, 센서 신호를 z-좌표 및/또는 x, y-좌표로 변환하기 위해, 하나 이상의 공지된 또는 결정가능한 관계가 사용될 수 있으며, 이는, 예를 들어, 경험적으로, 예컨대, 검출기 (150)로부터 다양한 거리에 배치된 대상물 (152)에 의한 실험을 교정 및/또는 다양한 횡방향 위치 또는 3 차원 위치에 배치된 대상물 (152)에 의한 실험을 교정하고, 각각의 센서 신호를 기록함으로써 도출될 수 있다.
위에서 이미 설명한 바와 같이, 종방향 좌표 z는 특히 WO 2012/110924 A1 및/또는 WO 2014/097181 A1에 추가로 상세히 설명된 FiP 효과를 구현함으로써 유도될 수 있다. 이 목적을 위해, FIP 센서에 의해 제공되는 하나 이상의 종방향 센서 신호는 평가 장치 (172)를 사용하여 그로부터 대상물 (152)의 하나 이상의 종방향 좌표 z를 결정함으로써 평가될 수 있다.
도 7a 내지 도 7f는 횡방향 광학 센서 (180)를 갖는 광 검출기 (150)가 PbS의 감광 레지스터을 포함하는 실험 결과를 도시한다. 여기서, 광원 (176)으로서 파장 630 nm의 레이저가 사용되었다. 접촉 구성은 도 5에 도시된 것과 동일하였다. 레이저는 좌측 아래 코너로 셋업되고 수평으로 라인마다 이동되었다. 신호의 측정은 각각 1 밀리미터로 이루어졌다. 도 7a 내지 도 7f에 도시된 바와 같은 측정은 횡방향 센서 신호와 광 스폿 (182, 184)의 위치 사이의 의존성을 도시한다.
추가 예로서, 도 8은, 선행 도면들에 도시된 실시양태들 중 하나 이상에 개시된 광 검출기 (150)와 같은 하나 이상의 광 검출기 (150)를 포함하는 검출기 시스템 (200)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 여기서, 광학적 검출기 (150)는, 특히 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 만들어 질 수 있는, 특히 3D 이미지화를 위한 카메라 (202)로서 사용될 수 있다. 또한, 도 8은, 하나 이상의 검출기 (150) 및/또는 하나 이상의 검출기 시스템 (200)을 포함하는 인간-기계 인터페이스 (204)의 예시적인 실시양태, 및 추가로, 인간-기계 인터페이스 (204)를 포함하는 엔터테인먼트 장치 (206)의 예시적 실시양태를 도시한다. 도 8은 검출기 (150) 및/또는 검출기 시스템 (200)을 포함하는 하나 이상의 대상물 (152)의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템 (208)의 실시양태를 추가로 도시한다.
광 검출기 (150) 및 검출기 시스템 (200)에 관하여, 본원의 전체 내용을 참조할 수 있다. 기본적으로, 검출기 (150)의 모든 잠재적인 실시양태는 또한 도 8에 도시된 실시양태에서 구현될 수도 있다. 평가 장치 (172)는 특히 리드 (138, 138')에 의해 하나 이상의 종방향 광학 센서 (154)에 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 2 개 또는 바람직하게 3 개의 종방향 광학 센서 (154)의 사용은 임의의 나머지 모호성 없이 종방향 센서 신호의 평가를 지원할 수 있다. 평가 장치 (172)는 특히 신호 리드 (138, 138', 190, 192)에 의해 하나 이상의 임의적 횡방향 광학 센서 (180)에 접속될 수 있다. 예로서, 신호 리드 (138, 138', 190, 192), 및/또는 무선 인터페이스 및/또는 유선 접속 인터페이스일 수 있는 하나 이상의 인터페이스가 제공될 수 있다. 또한, 신호 리드 (138, 138', 190, 192)는 센서 신호를 생성하고/하거나 센서 신호를 변경하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 다시, 하나 이상의 전달 장치 (160)가, 특히 굴절 렌즈 (162) 또는 볼록 미러로서 제공될 수 있다. 광 검출기 (150)는 예를 들어 하나 이상의 광학 센서 (154, 180)를 수용할 수 있는 하나 이상의 하우징 (158)을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 평가 장치 (172)는 광학 센서 (154, 180) 및/또는 광 검출기 (150)의 다른 구성 요소에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 평가 장치 (172)는 또한 하우징 (158) 및/또는 별도의 하우징 내에 봉입될 수 있다. 평가 장치 (172)는 종방향 평가 유닛 (174)("z"로 표시됨) 및 횡방향 평가 유닛 (210)("xy"로 표시)에 의해 상징적으로 표시되는 센서 신호를 평가하기 위해 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소를 포함할 수 있다. 이들 평가 유닛 (174, 210)에 의해 도출된 결과를 결합함으로써, 위치 정보 (212), 바람직하게는 3 차원 위치 정보("x, y, z"로 표시됨)가 생성될 수 있다. 도 8에 따른 실시양태와 유사하게, 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 바이어스 전압원(여기서는 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
또한, 광 검출기 (150) 및/또는 검출기 시스템 (200)은 다양한 방식으로 구성될 수 있는 영상 장치 (214)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 이미지화 장치 (214)는 예를 들어 검출기 하우징 (158) 내의 검출기 (150)의 일부일 수 있다. 여기서, 이미지화 장치 신호는 하나 이상의 이미지화 장치 신호 리드 (138. 138')에 의해 검출기 (150)의 평가 장치 (172)로 전송될 수 있다. 대안적으로, 이미지화 장치 (214)는 검출기 하우징 (158) 외부에 개별적으로 위치될 수 있다. 이미지화 장치 (214)는 완전히 또는 부분적으로 투명하거나 불투명 할 수 있다. 영상 장치 (214)는 유기 영상 장치 또는 무기 영상 장치일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 이미지화 장치 (214)는 하나 이상의 픽셀 매트릭스를 포함할 수 있으며, 상기 픽셀 매트릭스는 특히 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 무기 반도체 센서 장치; 유기 반도체 센서 장치로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
도 8에 도시된 예시적인 실시양태에서, 검출될 대상물 (152)은, 예로서 스포츠 용품으로서 설계될 수 있고/있거나 제어 장치 (216)를 형성할 수 있으며, 그 위치 및/또는 방위는 사용자 (218)에 의해 조작될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 도 8에 도시된 실시양태 또는 검출기 시스템 (200), 인간-기계 인터페이스 (204), 엔터테인먼트 장치 (206) 또는 추적 시스템 (208)의 임의의 다른 실시양태에서, 대상물 (152) 자체는 지명된 장치의 일부일 수 있으며, 특히, 하나 이상의 제어 요소 (216)를 포함할 수 있고, 특히, 상기 하나 이상의 제어 요소 (216)는 하나 이상의 비콘 장치 (220)를 가지며, 제어 요소 (216)의 위치 및/또는 방위는 바람직하게는 사용자 (218)에 의해 조작될 수 있다. 일례로서, 대상물 (152)는 배트, 라켓, 클럽 또는 스포츠 용품 및/또는 모조 스포츠 장비의 임의의 다른 물품 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 대상물 (152)이 가능하다. 또한, 사용자 (218)는 대상물 (152)로 간주될 수 있으며, 그 위치는 검출되어야 한다. 일례로서, 사용자 (218)는 자신의 몸에 직접 또는 간접적으로 부착된 하나 이상의 비콘 장치 (220)를 착용할 수 있다.
광 검출기 (150)는, 하나 이상의 비콘 장치 (220)의 길이 방향 위치상의 하나 이상의 항목, 및 임의적으로, 그의 횡방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목 및/또는 대상물 (152)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 다른 정보 항목 및, 임의적으로, 대상물 (152)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 광학적 검출기 (150)는, 대상물 (152)의 상이한 색상, 보다 바람직하게는, 상이한 색상을 포함할 수 있는 비콘 디바이스 (220)의 색상과 같은, 색상을 확인하고/하거나 대상물 (152)을 이미지화하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 검출기 (150)의 광축 (156)에 대하여 동심원 상에 위치될 수 있는 하우징 (158) 내의 개구 (154)는 광 검출기 (150)의 뷰 (166)의 방향을 바람직하게 정의할 수 있다.
또한, 광학적 검출기 (150)는 하나 이상의 대상 (152)의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 광학적 검출기 (150), 특히 카메라 (202)를 포함하는 실시양태는 대상물 (152)의 하나 이상의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 광학적 검출기 (150) 및/또는 검출기 시스템 (200)을 사용함으로써 대상물 (152) 및/또는 그의 일부의 위치를 결정하는 것은 기계 (222)에 하나 이상의 정보 항목을 제공하기 위해 인간-기계 인터페이스 (204)를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 도 8에 개략적으로 도시된 실시양태에서, 기계 (222)는 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 데이터 처리 장치 (178)를 포함하는 컴퓨터 시스템일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 실시양태가 가능하다. 평가 장치 (172)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있고/있거나 별개의 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 기계 (222), 특히 컴퓨터에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 이는 평가 장치 (172) 및/또는 기계 (222)의 일부를 완전히 또는 부분적으로 형성할 수 있는 추적 시스템 (208)의 트랙 제어기 (224)에 대해서도 마찬가지이다.
유사하게, 전술된 바와 같이, 인간-기계 인터페이스 (204)는 엔터테인먼트 장치 (206)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 대상물 (152)로서 기능하는 사용자 (218) 및/또는 대상물 (152)을 취급하는 사용자 (218) 및/또는 대상물 (152)로서 기능하는 제어 요소 (218)에 의해 사용자 (218)는 하나 이상의 제어 명령과 같은 하나 이상의 정보 항목을 기계 (222), 특히 컴퓨터에 입력함으로써, 컴퓨터 게임의 코스를 제어하는 것과 같은 오락 기능을 변화시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기 (150)는 직선 빔 경로 또는 경사진 빔 경로, 각진(angulated) 빔 경로, 분지된 빔 경로, 편향된 또는 분할된 빔 경로 또는 다른 유형의 빔 경로를 가질 수 있다. 또한, 광 빔 (126)은 각각의 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 일회적으로 또는 반복적으로, 단방향 또는 양방향으로 전파할 수 있다. 따라서, 상기 열거된 구성 요소 또는 이하에서 더 상세하게 열거되는 임의의 추가 구성 요소는 광학 센서 (100)의 전방 및/또는 광학 센서 (100)의 뒤에 완전히 또는 부분적으로 배치될 수 있다.
참조 번호 목록
110 센서
112 광 전도성 물질의 층
114 광 전도성 물질
116 커버 층
118 광 전도성 물질의 접근가능한 표면
120 금속-함유 화합물
122 커버 층의 표면
124 기판
126 광 빔
128 빔 경로
130 광 빔의 직경; 빔 단면
132 광학적으로 투명한 물질
134 추가 층
136, 136', 136" 전기 접촉부
138, 138' 전기 접속 리드
140 패키지
142 접촉 패드
144 인쇄 회로 기판
146 비아
148 중간층
149, 149' 빗 구조
150 검출기
152 대상물
154 종방향 광학 센서
156 광축
158 하우징
160 전달 장치
162 굴절 렌즈
164 개구
166 뷰의 방향
168 좌표계
170 센서 영역
172 평가 장치
174 종방향 평가 장치
176 조명원
178 가공 장치
180 횡방향 광학 센서
182 작은 스폿
184 큰 스폿
186, 188 전기 접촉부
190, 192 전기 전도성 리드
194 감산 장치
200 감지기 시스템
202 카메라
204 인간-기계 인터페이스
206 엔터테인먼트 장치
208 추적 시스템
210 횡방향 평가 장치
212 위치 정보
214 이미지화 장치
216 제어 요소
218 사용자
220 비콘 장치
222 기계
224 트랙 제어기

Claims (16)

  1. 하나 이상의 광 전도성 물질 (114)의 층 (112),
    상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 접촉하는 2 개 이상의 개별 전기 접촉부 (136, 136'), 및
    상기 광 전도성 물질 (114) 상에 침착된 커버 층 (116)
    을 포함하는 광학 센서 (110)로서, 이때
    상기 커버 층 (116)은 하나 이상의 금속-함유 화합물 (120)을 포함하는 비정질 층인, 광학 센서 (110).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 금속-함유 화합물 (120)이 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 및 W로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는, 광학 센서 (110).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 금속-함유 화합물 (120)이 산화물, 수산화물, 칼코게나이드, 닉타이드(pnictide), 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는, 광학 센서 (110).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층 (116)이 2 개 이상의 인접한 층들을 갖는 라미네이트이거나 이를 포함하고, 상기 인접한 층들은 각각의 조성이 상이하고, 상기 인접한 층들 중 하나 이상은 상기 하나 이상의 금속-함유 화합물을 포함하는, 광학 센서 (110).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층 (116)이 10 nm 내지 600 nm의 두께를 갖는, 광학 센서 (110).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층 (116)이 상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)의 인접한 표면 (118)에 대하여 등각(conformal) 층인, 광학 센서 (110).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층이 원자 침착 층이거나 이를 포함하는, 광학 센서 (110).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 층 (116)이 하나 이상의 추가 층 (134)으로 적어도 부분적으로 코팅되고/되거나 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 커버 층 (116) 사이에 하나 이상의 추가 층 (134)이 적어도 부분적으로 침착되고, 이때 상기 추가 층 (134)이 반사 방지층, 광학 필터 층, 캡슐화 층, 스크래치 내성 층, 친수성 층, 소수성 층, 자가-세정 층, 안티-포그(anti-fog) 층, 고-유전율 층, 또는 전도성 층 중 하나 이상이거나 이를 포함하는, 광학 센서 (110).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)이 하나 이상의 기판 (124)에 직접 또는 간접적으로 적용되고, 상기 기판 (124) 및 커버 층 (116) 중 하나 이상이 파장 범위 내에서 광학적으로 투명한 것인, 광학 센서 (110).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 전도성 물질 (114)이 하나 이상의 칼코게나이드를 포함하고, 상기 칼코게나이드가 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3 원 칼코게나이드, 4 원 칼코게나이드, 더 고급(higher) 칼코게나이드, 및 이들의 고용체(solid solution) 및/또는 도핑된 변형체(doped variant)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광학 센서 (110).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 칼코게나이드가 납 설파이드(PbS), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 납 셀레나이드(PbSe), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광학 센서 (110).
  12. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 광학 센서 (110)로서, 하나 이상의 센서 영역 (170)을 포함하며, 광 빔 (126)에 의한 상기 센서 영역 (170)의 조명에 의존하는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된, 광학 센서 (110); 및
    - 상기 광학 센서 (110)의 센서 신호를 평가함으로써 대상물 (152)의 하나 이상의 좌표를 생성하도록 설계된, 하나 이상의 평가 장치 (172)
    를 포함하는, 하나 이상의 대상물 (152)의 광학적 검출을 위한 검출기 (150).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 신호가 종방향 센서 신호이고, 상기 종방향 센서 신호가, 조명의 동일한 총 파워가 주어진 경우, 센서 영역 (170) 내의 광 빔 (126)의 빔 단면 (130)에 의존하고, 상기 종방향 센서 신호는, 조명의 동일한 총 파워가 주어진 경우, 센서 영역 (170) 내의 광 빔 (126)의 빔 단면 (130)에 의존하고, 상기 평가 장치 (172)는 상기 종방향 센서 신호를 평가함으로써 대상물 (152)의 종방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 검출기 (150).
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 신호가 횡방향 센서 신호이고, 상기 횡방향 센서 신호가 광 전도성 물질 (114)과 접촉하는 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188)에 의해 제공되고, 상기 전기 접촉부 (136, 136', 186, 188)가 하나 이상의 분할(split) 전극으로서 구성되고, 상기 하나 이상의 분할 전극에 바이어스 전압원이 적용가능하고, 상기 평가 장치가 추가로, 상기 바이어스 전압원 및 상기 하나 이상의 분할 전극을 적용하고 상기 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 대상물 (152)의 횡방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 검출기 (150).
  15. 광학 센서 (100)의 제조 방법으로서,
    a) 하나 이상의 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)을 제공하는 단계;
    b) 그 후, 하나 이상의 금속-함유 화합물 (120)에 반응하도록 구성된 하나 이상의 전구체 (170, 172)를 적용하고, 이로써 상기 금속-함유 화합물 (120)이 상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112) 상에 비정질(amorphous) 커버 층 (116)으로서 침착되는 단계; 및
    c) 그 후, 상기 비정질 커버 층 (116)을 열처리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 광 전도성 물질 (114)의 층 (112)과 전기적으로 접촉하는 2 개 이상의 전기 접촉부 (136, 136')가 추가로 제공되는, 제조 방법.
  16. 가스 감지, 화재 검출, 화염 검출, 열 검출, 연기 검출, 연소 모니터링, 분광법, 온도 감지, 동작 감지, 산업적 모니터링, 화학물질 감지, 배기 가스 모니터링, 거리 측정; 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 보안 적용례; 인간-기계 인터페이스 적용례; 추적 적용례; 스캐닝 적용례; 입체(stereoscopic) 비전; 사진 촬영 적용례; 이미지화 적용례 또는 카메라 적용례; 하나 이상의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 적용례; 차량용 원점 복귀 또는 추적 비콘 검출기; 열적 특징(signature)을 갖는 대상물의 거리 및/또는 위치 측정; 머신 비전(machine vision) 적용례; 로봇 적용례; 물류 적용례로 구성되는 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위한, 검출기 (150)에 관한 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 검출기 (150)의 용도.
KR1020197002892A 2016-07-29 2017-07-27 광학 센서 및 광학적 검출용 검출기 KR102492134B1 (ko)

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